CN117117208A - 一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN117117208A
CN117117208A CN202311378690.XA CN202311378690A CN117117208A CN 117117208 A CN117117208 A CN 117117208A CN 202311378690 A CN202311378690 A CN 202311378690A CN 117117208 A CN117117208 A CN 117117208A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode material
feo
calcining
temperature
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202311378690.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN117117208B (zh
Inventor
和永
雷宪章
张安安
许子卿
李小琪
廖长江
张永清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Minshan Green Hydrogen Energy Co ltd
Original Assignee
Chengdu Minshan Green Hydrogen Energy Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Minshan Green Hydrogen Energy Co ltd filed Critical Chengdu Minshan Green Hydrogen Energy Co ltd
Priority to CN202311378690.XA priority Critical patent/CN117117208B/zh
Publication of CN117117208A publication Critical patent/CN117117208A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117117208B publication Critical patent/CN117117208B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/453—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2641—Compositions containing one or more ferrites of the group comprising rare earth metals and one or more ferrites of the group comprising alkali metals, alkaline earth metals or lead
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2675—Other ferrites containing rare earth metals, e.g. rare earth ferrite garnets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2683—Other ferrites containing alkaline earth metals or lead
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8652—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites as mixture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3298—Bismuth oxides, bismuthates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc bismuthate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8689—Positive electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本申请公开了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用，涉及固体氧化物燃料电池技术领域。一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，中温SOFC阴极材料以Bi0.5Sr0.5FeO3为基体，利用La对Bi0.5Sr0.5FeO3的A位进行掺杂；中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)1‑ xLaxFeO3‑δ，其中，x为La的掺杂量，0＜x＜1，δ为氧空位的含量。本申请解决了Bi0.5Sr0.5FeO3基体材料电导率和电化学性能较差的问题，使阴极材料(Bi0.5Sr0.5)1‑xLaxFeO3‑δ具有高电导率和高催化氧化活性，电化学性能优异，可作为理想的IT‑SOFC阴极材料。

Description

一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及固体氧化物燃料电池技术领域，特别涉及一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用。
背景技术
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）由于能效高、绿色环保、燃料来源广等优势逐渐被众多研究者关注。目前，操作温度区间为600℃-800℃的中温固体氧化物燃料电池（Intermediate Temperature-Solid Oxide Fuel Cells，简称IT-SOFC）逐渐成为SOFC技术发展研究的重点领域。操作温度的降低可解决高温SOFC的部分弊端，促进SOFC技术的发展，但在中低温的工作条件下，阴极材料的导电性能及催化活性往往不尽人意，不利于电池性能的提升。
含Co基的阴极材料具有优异的电化学性能以及优良的高温催化活性，但由于Co元素价格高昂、Co基阴极材料结构稳定性不佳以及TEC高、难以与电解质材料匹配等诸多弊端，限制了其在IT-SOFC技术中的应用。无Co基阴极材料的开发逐渐成为IT-SOFC阴极材料研发的热点，离子-电子混合导电体的Fe基ABO3钙钛矿结构阴极材料在热膨胀方面性能优良并具有优异的氧离子扩散性，但与传统Co基阴极材料相比，电导率低，在电化学性能方面的差距明显，也不利于作为理想的IT-SOFC阴极材料。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用，旨在解决现有的SOFC阴极材料在中低温下导电率和催化氧化活性较差的技术问题。
为实现上述目的，本申请提出了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，所述中温SOFC阴极材料以Bi0.5Sr0.5FeO3为基体，利用La对所述Bi0.5Sr0.5FeO3的A位进行掺杂；
所述中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ，其中，x为La的掺杂量，0＜x＜1，δ为氧空位的含量。
可选地，所述x的取值为0.2、0.3、0.5或0.6；
所述中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.7La0.3FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.5La0.5FeO3-δ或(Bi0.5Sr0.5)0.4La0.6FeO3-δ。
本申请还提出了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料的制备方法，包括以下步骤：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，进行球磨，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，得到(Bi0.5Sr0.5)1- xLaxFeO3-δ阴极材料。
可选地，所述按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，进行球磨，得混合粉体的步骤，包括：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并加入无水乙醇混合后，再球磨4h-6h，再进行干燥，得混合粉体。
可选地，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为700℃-900℃，煅烧时间为7h-9h。
可选地，所述两次煅烧步骤中，第二次煅烧过程中，煅烧温度为1000℃-1100℃，煅烧时间为4h-6h。
可选地，所述两次煅烧步骤中，在第二次煅烧前，加无水乙醇进行研磨并压片。
可选地，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧与第二次煅烧均于空气气氛下进行。
可选地，所述两次煅烧步骤后，还包括：将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ阴极材料。
本申请还提出了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料的应用，将所述中温SOFC阴极材料应用在固体氧化物燃料电池中制备对称电池或阳极支撑单电池。
本申请的有益效果为：
本申请以Bi0.5Sr0.5FeO3作为基体材料，通过将La部分掺杂到Bi0.5Sr0.5FeO3的A位的Ba、Sr位，获得了阴极材料(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ，由于Bi0.5Sr0.5FeO3本身具有优异的氧离子扩散性和较低的热膨胀系数，但电导率较低，电化学性能方面较差，而通过La元素的掺杂，可进一步降低阴极材料的热膨胀系数，且经过La元素掺杂的阴极材料的平均TEC值与SDC电解质的TEC值相近，使得该阴极材料的热匹配性良好。并且La元素的掺杂，还可提高该阴极材料的电导率和输出性能，并引起阴极材料内氧空位浓度的增加，进一步提高氧离子的扩散速率，有利于氧的吸附与解离及电荷转移，从而增强阴极材料的氧化还原能力，从而解决了Bi0.5Sr0.5FeO3基体材料的电导率和电化学性能较差的问题，使得阴极材料(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ在中低温下具有高电导率和高催化氧化活性，电化学性能优异，可作为理想的IT-SOFC阴极材料。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请实施例所述的BSLF20、BSLF30、BSLF50、BSLF60、BSF的XRD对比谱图；
图2为本申请实施例所述的BSLF20、BSLF30、BSLF50、BSLF60、BSF分别与SDC混合后的XRD对比谱图；
图3为本申请实施例所述的BSLF20、BSLF30、BSLF50、BSLF60、BSF的热膨胀曲线示意图；
图4为本申请实施例所述的BSLF20、BSLF30、BSLF50、BSLF60、BSF的电导率曲线示意图；
图5为本申请实施例所述的BSF、BSLF20、BSLF30在CO2气氛下的XRD对比谱图；
图6为本申请实施例所述的BSLF50、BSLF60在CO2气氛下的XRD对比谱图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
含Co基的阴极材料具有优异的电化学性能以及优良的高温催化活性，但由于Co元素价格高昂、Co基阴极材料结构稳定性不佳以及TEC高、难以与电解质材料匹配等诸多弊端，限制了其在IT-SOFC技术中的应用。无Co基阴极材料的开发逐渐成为IT-SOFC阴极材料研发的热点，离子-电子混合导电体的Fe基ABO3钙钛矿结构阴极材料由于其在热膨胀方面的不俗表现以及优异的氧离子扩散性获得了研究者的青睐，成为阴极材料研究的热点。例如，Bi0.5Sr0.5Fe0.9Sb0.1O3-δ、LaBaCuFeO5+δ和La1-xSrxFeO3-δ等含Fe基阴极材料都具有优异的性能，发展前景光明。
而Bi0.5Sr0.5FeO3-δ阴极材料由于其本身优异的氧离子扩散性、较低的TEC以及低廉的制备成本，在众多Fe基阴极材料中脱颖而出成为研究热点。然而，Bi0.5Sr0.5FeO3-δ阴极材料虽然在热膨胀等方面性能优良，但是与传统Co基阴极材料相比，其电导率较低，在电化学性能方面的差距明显，也不利于作为理想的IT-SOFC阴极材料。
针对上述现有的中温SOFC阴极材料所存在的技术问题，本申请的实施例提供了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，所述中温SOFC阴极材料以Bi0.5Sr0.5FeO3为基体，利用La对所述Bi0.5Sr0.5FeO3的A位进行掺杂；
所述中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ，其中，x为La的掺杂量，0＜x＜1，δ为氧空位的含量。
本申请以Bi0.5Sr0.5FeO3作为基体材料，通过将La部分掺杂到Bi0.5Sr0.5FeO3的A位的Ba、Sr位，获得了阴极材料(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ，由于Bi0.5Sr0.5FeO3本身具有优异的氧离子扩散性和较低的热膨胀系数，但电导率较低，电化学性能方面较差，而通过La元素的掺杂，可进一步降低阴极材料的热膨胀系数，且经过La元素掺杂的阴极材料的平均TEC值与SDC电解质的TEC值相近，使得该阴极材料的热匹配性良好。并且La元素的掺杂，还可提高该阴极材料的电导率和输出性能，并引起阴极材料内氧空位浓度的增加，进一步提高氧离子的扩散速率，有利于氧的吸附与解离及电荷转移，从而增强阴极材料的氧化还原能力，从而解决了Bi0.5Sr0.5FeO3基体材料的电导率和电化学性能较差的问题，使得阴极材料(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ在中低温下具有高电导率和高催化氧化活性，电化学性能优异，可作为理想的IT-SOFC阴极材料。
其中，δ氧空位的含量是在阴极材料样品制备时，在高温热处理过程中损失的氧，δ的取值取决于实验条件。
作为本申请的一种可实施方式，所述x的取值为0.2、0.3、0.5或0.6；
所述中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.7La0.3FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.5La0.5FeO3-δ或(Bi0.5Sr0.5)0.4La0.6FeO3-δ。
为获得高电导率和高催化氧化活性的中温SOFC阴极材料，本申请经过验证，La元素掺杂量达到20mol%、30mol%、50mol%或60mol%时，即中温SOFC阴极材料为(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.7La0.3FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.5La0.5FeO3-δ或(Bi0.5Sr0.5)0.4La0.6FeO3-δ时，阴极材料的电化学性能优异。
本申请的实施例还提供了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料的制备方法，包括以下步骤：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，进行球磨，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，得到(Bi0.5Sr0.5)1- xLaxFeO3-δ阴极材料。
本申请利用固相反应法成功合成了具有单一、纯净立方钙钛矿结构的阴极材料，首先按照所需的中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比来称取粉体原料，并通过球磨使粉体原料充分混合后，得到混合粉体，再将混合粉体进一步研磨得更细后，压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，即得到La元素掺杂的阴极材料(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ。
作为本申请的一种可实施方式，所述按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，进行球磨，得混合粉体的步骤，包括：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并加入无水乙醇混合后，再球磨4h-6h，再进行干燥，得混合粉体。
为使粉体原料能够充分混合，本申请加入无水乙醇作为球磨介质，并进行球磨一定时间，使Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料能够充分粉碎并混匀。
作为本申请的一种可实施方式，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为700℃-900℃，煅烧时间为7h-9h。
本申请于700℃-900℃下进行第一次高温煅烧，并限定煅烧时间为7h-9h，可除去混合粉体上附着的化学结合水、CO2、NOx等挥发性杂质，且在此温度下烧结，还可提高阴极材料的强度。
作为本申请的一种可实施方式，所述两次煅烧步骤中，第二次煅烧过程中，煅烧温度为1000℃-1100℃，煅烧时间为4h-6h。
为进一步提高所得的阴极材料的热稳定性，本申请于1000℃-1100℃下进行第二次高温煅烧，并控制煅烧时间为4h-6h，可增加最终制得的阴极材料的热稳定性并进一步提高阴极材料的强度。
作为本申请的一种可实施方式，所述两次煅烧步骤中，在第二次煅烧前，加无水乙醇进行研磨并压片。
为提高阴极材料的稳定性，本申请在第二次煅烧前，再次加入无水乙醇进行研磨，可进一步使粉体原料能够充分混合均匀，再进行第二次煅烧，使最终得到的阴极材料化学性质更加稳定。
作为本申请的一种可实施方式，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧与第二次煅烧均于空气气氛下进行。
作为本申请的一种可实施方式，所述两次煅烧步骤后，还包括：将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ阴极材料。
本申请的实施例还提供了一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料的应用，将所述中温SOFC阴极材料应用在固体氧化物燃料电池中制备对称电池或阳极支撑单电池。
具体地，将阴极材料(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ用于制备对称电池时，可得到对称电池为(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ|电解质| (Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ，该对称电池在800℃的极化阻抗仅为0.039 Ω·cm2，将阴极材料(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ用于制备阳极支撑单电池时，可得到阳极支撑单电池为NiO-SDC|SDC|(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ，该阳极支撑单电池在800℃的最大输出功率高达620mW·cm-2。
下面结合具体实施例对本申请上述技术方案进行详细说明。
实施例1
一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，由以下步骤制备而成：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并与无水乙醇混合后，进行球磨5h，再干燥，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，于空气气氛下进行两次煅烧，其中，第一次煅烧在800℃下煅烧8h，再加入无水乙醇进行研磨并压片，再在1050℃下进行第二次煅烧，第二次煅烧时间为5h，再将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ阴极材料（后续简写为BSLF20）。
在第二次煅烧前，取部分经过第一次煅烧后的混合粉体加入1.5%的聚乙烯醇缩丁醛研磨，再通过粉末压片机压制成规格分别为直径13 mm、厚度1 mm的圆薄片和直径6 mm、厚度4mm的圆柱体，再将圆薄片和圆柱体进行第二次煅烧，之后将经过第二次煅烧后的圆薄片用于测试BSLF20样品的电导率，将经过第二次煅烧后的圆柱体用于测试BSLF20样品的热膨胀系数。
将BSLF20应用于固体氧化物燃料电池中制备对称电池，电解质选择Ce0.8Sm0.2O2-δ（简称SDC），对称电池即为BSLF20|SDC| BSLF20。
实施例2
一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，由以下步骤制备而成：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式(Bi0.5Sr0.5)0.7La0.3FeO3-δ中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并与无水乙醇混合后，进行球磨4h，再干燥，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，于空气气氛下进行两次煅烧，其中，第一次煅烧在700℃下煅烧7h，再加入无水乙醇进行研磨并压片，再在1000℃下进行第二次煅烧，第二次煅烧时间为4h，再将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)0.7La0.3FeO3-δ阴极材料（后续简写为BSLF30）。
在第二次煅烧前，取部分经过第一次煅烧后的混合粉体加入1.5%的聚乙烯醇缩丁醛研磨，再通过粉末压片机压制成规格分别为直径13 mm、厚度1 mm的圆薄片和直径6 mm、厚度5mm的圆柱体，再将圆薄片和圆柱体进行第二次煅烧，之后将经过第二次煅烧后的圆薄片用于测试BSLF30样品的电导率，将经过第二次煅烧后的圆柱体用于测试BSLF30样品的热膨胀系数。
将BSLF30应用于固体氧化物燃料电池中制备对称电池，电解质选择SDC，对称电池即为BSLF30|SDC| BSLF30。
实施例3
一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，由以下步骤制备而成：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式(Bi0.5Sr0.5)0.5La0.5FeO3-δ中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并与无水乙醇混合后，进行球磨6h，再干燥，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，于空气气氛下进行两次煅烧，其中，第一次煅烧在900℃下煅烧9h，再加入无水乙醇进行研磨并压片，再在1100℃下进行第二次煅烧，第二次煅烧时间为6h，再将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)0.5La0.5FeO3-δ阴极材料（后续简写为BSLF50）。
在第二次煅烧前，取部分经过第一次煅烧后的混合粉体加入1.5%的聚乙烯醇缩丁醛研磨，再通过粉末压片机压制成规格分别为直径13 mm、厚度1 mm的圆薄片和直径6 mm、厚度4mm的圆柱体，再将圆薄片和圆柱体进行第二次煅烧，之后将经过第二次煅烧后的圆薄片用于测试BSLF50样品的电导率，将经过第二次煅烧后的圆柱体用于测试BSLF50样品的热膨胀系数。
将BSLF50应用于固体氧化物燃料电池中制备阳极支撑单电池，电解质选择SDC，阳极材料选择NiO-SDC，阳极支撑单电池即为NiO-SDC|SDC|BSLF50。
实施例4
一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，由以下步骤制备而成：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式(Bi0.5Sr0.5)0.4La0.6FeO3-δ中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并与无水乙醇混合后，进行球磨5h，再干燥，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，于空气气氛下进行两次煅烧，其中，第一次煅烧在800℃下煅烧8h，再加入无水乙醇进行研磨并压片，再在1050℃下进行第二次煅烧，第二次煅烧时间为5h，再将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)0.4La0.6FeO3-δ阴极材料（后续简写为BSLF60）。
在第二次煅烧前，取部分经过第一次煅烧后的混合粉体加入1.5%的聚乙烯醇缩丁醛研磨，再通过粉末压片机压制成规格分别为直径13 mm、厚度1 mm的圆薄片和直径6 mm、厚度5mm的圆柱体，再将圆薄片和圆柱体进行第二次煅烧，之后将经过第二次煅烧后的圆薄片用于测试BSLF60样品的电导率，将经过第二次煅烧后的圆柱体用于测试BSLF60样品的热膨胀系数。
将BSLF60应用于固体氧化物燃料电池中制备阳极支撑单电池，电解质选择SDC，阳极材料选择NiO-SDC，阳极支撑单电池即为NiO-SDC|SDC|BSLF60。
对比例1
一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，由以下步骤制备而成：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式Bi0.5Sr0.5FeO3-δ中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3粉体原料，并与无水乙醇混合后，进行球磨5h，再干燥，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，于空气气氛下进行两次煅烧，其中，第一次煅烧在800℃下煅烧8h，再加入无水乙醇进行研磨并压片，再在1050℃下进行第二次煅烧，第二次煅烧时间为5h，再将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到Bi0.5Sr0.5FeO3-δ阴极材料（后续简写为BSF）。
在第二次煅烧前，取部分经过第一次煅烧后的混合粉体加入1.5%的聚乙烯醇缩丁醛研磨，再通过粉末压片机压制成规格分别为直径13 mm、厚度1 mm的圆薄片和直径6 mm、厚度4mm的圆柱体，再将圆薄片和圆柱体进行第二次煅烧，之后将经过第二次煅烧后的圆薄片用于测试BSF样品的电导率，将经过第二次煅烧后的圆柱体用于测试BSF样品的热膨胀系数。
实验例
（一）对本申请实施例和对比例的阴极材料进行XRD表征
将本申请实施例1的BSLF20样品、实施例2的BSLF30样品、实施例3的BSLF50样品、实施例4的BSLF60样品和对比例1的BSF样品分别在1150 ℃条件下于空气气氛煅烧8 h后，进行X射线衍射（XRD），得到XRD图谱如图1所示。
由图1可见，BSLF20样品、BSLF30样品、BSLF50样品、BSLF60样品和BSF样品均无多余杂质衍射峰生成，形成了单一、纯净的立方钙钛矿结构，结构稳定，结晶度较好，这表明没有掺杂La元素的Bi0.5Sr0.5FeO3-δ阴极材料仍然能够形成稳定的立方钙钛矿结构。
（二）测试本申请实施例和对比例的阴极材料与电解质的化学兼容性
将本申请实施例1的BSLF20样品、实施例2的BSLF30样品、实施例3的BSLF50样品、实施例4的BSLF60样品和对比例1的BSF样品分别与SDC电解质粉体按照1:1的质量比均匀混合后，在1000 ℃的温度下于空气气氛煅烧5 h后测得XRD图谱如图2所示。
由图2可见，BSLF20样品、BSLF30样品、BSLF50样品、BSLF60样品和BSF样品在分别与SDC电解质高温煅烧后，所显示的衍射峰均为所测样品与SDC电解质的衍射峰，并无新的衍射峰的产生，也没有衍射峰消失、溶解或峰位发生偏移，化学兼容性良好，这说明本申请的阴极材料不会与SDC发生渗透反应，对IT-SOFC的输出性能产生负面影响，与SDC的兼容性符合SOFC阴极材料的选择标准。
（三）测试本申请实施例和对比例的阴极材料的热膨胀系数
分别对本申请实施例1的BSLF20样品、实施例2的BSLF30样品、实施例3的BSLF50样品、实施例4的BSLF60样品和对比例1的BSF样品于空气气氛下在30℃-1000℃下进行热膨胀系数（TEC）测试，得到阴极材料样品在30℃-1000℃的热膨胀曲线，如图3所示，以及阴极材料样品在30℃-1000℃的平均TEC值，如表1所示。
由图3可见，BSLF20样品、BSLF30样品、BSLF50样品、BSLF60样品和BSF样品在测温范围内的热膨胀曲线均表现为近线性的行为，曲线平滑不存在明显拐点。这种近线性行为是指在较小的温度范围内，物质的热膨胀系数（温度变化下的体积变化率）可以近似为常数，不随温度的变化而明显波动。在温度变化范围较小的情况下，物质的热膨胀通常符合线性膨胀模型，即热膨胀系数是恒定的。
在图3中可以发现，伴随着温度的升高，各样品的热膨胀系数均逐渐增加，主要原因是在升温的过程中晶格失氧，产生大量氧空位，使静电力增强，进而导致阴极材料的热膨胀系数随之升高；在整个测温范围内，随着La元素掺杂含量的增加，阴极材料的热膨胀系数逐渐减小，这表明本申请通过La元素的掺杂可以有效地改进阴极材料的热膨胀系数，对降低阴极材料的热膨胀系数具有正面作用。
表1 阴极材料样品于空气气氛下在30℃-1000℃范围内的平均TEC值
注：平均TEC值是用来近似描述物质在一定温度范围内的热膨胀行为的常数，它是热膨胀系数在该范围内的平均值，而测温范围内的热膨胀曲线则是真实的热膨胀系数随温度变化的曲线。在典型的测温范围内，大多数物质的热膨胀曲线表现为近线性行为。这意味着在这个温度范围内，物质的热膨胀系数可以近似为常数。因此，可以用一个平均TEC值来代表整个测温范围内的热膨胀行为。
由表1可以发现，由于SDC电解质材料的TEC值为11.4×10-6K-1，与本申请所得的阴极材料的TEC值相比，相差不大，说明本申请的阴极材料与SDC电解质的热匹配性优良，其它材料相比优势明显，如La0.3Sr0.7CoO3的TEC值为25.0×10-6K-1，Sr2FeTiO6的TEC值为16.8×10-6K-1。因此，本申请的阴极材料样品的TEC值符合IT-SOFC阴极材料的选用标准。
（四）测试本申请实施例和对比例的阴极材料的电导率
分别对本申请实施例1的BSLF20样品、实施例2的BSLF30样品、实施例3的BSLF50样品、实施例4的BSLF60样品和对比例1的BSF样品于空气气氛下在300℃-800℃下进行电导率测试，得到阴极材料样品在300℃-800℃的电导率曲线，如图4所示。
由图4可见，对比BSLF20样品、BSLF30样品、BSLF50样品、BSLF60样品和BSF样品的电导率可以发现，经过La元素掺杂的阴极材料样品的电导率高于未掺杂La元素的BSF样品的电导率，这表明La元素的掺杂对提升阴极样品的电导率具有积极的作用。五种样品在测试范围内的最大电导率分别为：BSF样品为2.4S·cm-1；BSLF20样品为5.9 S·cm-1；BSLF30样品为9.7 S·cm-1；BSLF50样品为13.3 S·cm-1；SLF60样品为12.6 S·cm-1。
（五）测试本申请实施例和对比例的阴极材料的极化阻抗
分别对本申请实施例1的BSLF20样品、实施例2的BSLF30样品、实施例3的BSLF50样品、实施例4的BSLF60样品和对比例1的BSF样品于空气气氛下在600℃-800℃下测试极化阻抗（ASR），测试结果如表2所示。
表2 阴极材料样品于空气气氛下在600℃-800℃下的极化阻抗
由表2可见，各阴极材料样品的ASR均随温度升高而降低，阴极材料的氧化还原能力增强，主要是因为伴随着测试温度的升高，导致阴极材料内部气体扩散、电荷迁移及反应速率加快，致使阴极材料阻抗降低；且随着La元素掺杂含量的提升，阴极材料ASR的总体变化趋势呈先升高后降低再小幅升高的态势；BSLF50具有最低的ASR，这可能是由于适量La元素掺杂可以引起阴极材料内氧空位浓度的增加，加速氧离子的扩散速率，有利于氧的吸附与解离及电荷转移，使阴极材料的ASR降低，而随着La掺杂量的进一步增加，BSLF60的ASR变大亦可以部分归因于氧空位浓度的下降。
（六）测试以本申请实施例和对比例的阴极材料制备的单电池的功率密度
以SDC为电解质，NiO-SDC为阳极材料，阴极材料分别采用本申请实施例1的BSLF20样品、实施例2的BSLF30样品、实施例3的BSLF50样品、实施例4的BSLF60样品和对比例1的BSF样品，分别制备得到单电池NiO-SDC|SDC|BSLF20、NiO-SDC|SDC|BSLF30、NiO-SDC|SDC|BSLF50、NiO-SDC|SDC|BSLF60、NiO-SDC|SDC|BSF，并测试单电池在600℃-800℃下的功率密度，测试结果如下表3所示。
表3 单电池在600℃-800℃下的功率密度
由表3可见，同一样品的输出性能随着温度的升高而增加，在相同的温度条件下，随着La元素掺杂含量的增加，阴极材料的最大输出功率表现出先升高后降低的变化趋势，而NiO-SDC|SDC|BSLF20的功率密度相比同温度条件下的其它4个样品要高，说明La元素的适量掺杂有利于提升单电池的输出功率。
（七）测定本申请的阴极材料于CO2气氛下煅烧的XRD图谱
将本申请的BSLF20样品、BSLF30样品、BSLF50样品、BSLF60样品和BSF样品分别于5%的CO2气氛下在800℃煅烧10h，进行X射线衍射，得到XRD图谱，并与BSLF20样品、BSLF30样品、BSLF50样品、BSLF60样品和BSF样品分别于空气气氛下在800℃煅烧10h后，进行X射线衍射，得到的XRD图谱进行对比，结果如图5-图6所示。
由图5和图6可见，本申请的阴极材料样品在5%的CO2气氛下煅烧后的衍射峰与阴极材料样品在空气气氛下煅烧后的衍射峰基本一致，在5%的CO2气氛条件下并无杂项生成，说明阴极材料样品在5%的CO2气氛下稳定性良好，抵抗CO2中毒能力强。
综上，本申请利用固相反应法成功合成了具有单一、纯净立方钙钛矿结构的阴极材料；阴极材料样品与SDC电解质在高温煅烧后均未发生反应，兼容性良好；La元素的掺杂对降低阴极材料的热膨胀系数具有正面作用，且经过La元素掺杂的阴极材料的平均TEC值与SDC电解质的TEC值相近，热匹配性良好；随着La元素掺杂含量的增加，阴极材料的电导率随之增加；适量La元素的掺杂，有利于增强阴极材料的氧化还原能力，提升单电池的输出性能，且阴极材料样品均具有较好的抗CO2中毒能力，是具有发展潜力的IT-SOFC阴极材料。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种镧掺杂的中温SOFC阴极材料，其特征在于，所述中温SOFC阴极材料以Bi0.5Sr0.5FeO3为基体，利用La对所述Bi0.5Sr0.5FeO3的A位进行掺杂；
所述中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ，其中，x为La的掺杂量，0＜x＜1，δ为氧空位的含量。
2.根据权利要求1所述的镧掺杂的中温SOFC阴极材料，其特征在于，所述x的取值为0.2、0.3、0.5或0.6；
所述中温SOFC阴极材料的化学式为(Bi0.5Sr0.5)0.8La0.2FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.7La0.3FeO3-δ、(Bi0.5Sr0.5)0.5La0.5FeO3-δ或(Bi0.5Sr0.5)0.4La0.6FeO3-δ。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的镧掺杂的中温SOFC阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，进行球磨，得混合粉体；
将所述混合粉体研磨并压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，得到(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ阴极材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，进行球磨，得混合粉体的步骤，包括：
按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、SrCO3、Fe2O3、La2O3粉体原料，并加入无水乙醇混合后，再球磨4h-6h，再进行干燥，得混合粉体。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为700℃-900℃，煅烧时间为7h-9h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第二次煅烧过程中，煅烧温度为1000℃-1100℃，煅烧时间为4h-6h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，在第二次煅烧前，加无水乙醇进行研磨并压片。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧与第二次煅烧均于空气气氛下进行。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤后，还包括：将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到(Bi0.5Sr0.5)1-xLaxFeO3-δ阴极材料。
10.一种如权利要求1-2任一项所述的镧掺杂的中温SOFC阴极材料的应用，其特征在于，将所述中温SOFC阴极材料应用在固体氧化物燃料电池中制备对称电池或阳极支撑单电池。
CN202311378690.XA 2023-10-24 2023-10-24 一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用 Active CN117117208B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311378690.XA CN117117208B (zh) 2023-10-24 2023-10-24 一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311378690.XA CN117117208B (zh) 2023-10-24 2023-10-24 一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117117208A true CN117117208A (zh) 2023-11-24
CN117117208B CN117117208B (zh) 2023-12-29

Family

ID=88798720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311378690.XA Active CN117117208B (zh) 2023-10-24 2023-10-24 一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117117208B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117832562A (zh) * 2024-03-06 2024-04-05 成都岷山绿氢能源有限公司 一种锶掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用
CN117936860A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 成都岷山绿氢能源有限公司 一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050019083A (ko) * 2002-05-23 2005-02-28 알베르타 리써치 카운실 인코포레이티드 고체 산화 연료셀 시스템
CN1685554A (zh) * 2002-05-23 2005-10-19 阿尔伯达研究理事会股份公司 固体氧化物燃料电池系统
EP2621006A1 (en) * 2012-01-26 2013-07-31 Institute of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council An anode on a pretreated substrate for improving redox-stablility of solid oxide fuel cell and the fabrication method thereof
US20180175396A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Perovskite compounds for stable, high activity solid oxide fuel cell cathodes and other applications
CN113451594A (zh) * 2020-03-26 2021-09-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池的阴极材料及其制备方法
CN115275228A (zh) * 2022-07-05 2022-11-01 南京工业大学 一种钇钨离子共掺杂的锶钴基钙钛矿固体氧化物燃料电池阴极材料、制备方法与应用
CN116666670A (zh) * 2023-08-01 2023-08-29 成都岷山绿氢能源有限公司 一种镧铌共掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050019083A (ko) * 2002-05-23 2005-02-28 알베르타 리써치 카운실 인코포레이티드 고체 산화 연료셀 시스템
CN1685554A (zh) * 2002-05-23 2005-10-19 阿尔伯达研究理事会股份公司 固体氧化物燃料电池系统
EP2621006A1 (en) * 2012-01-26 2013-07-31 Institute of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council An anode on a pretreated substrate for improving redox-stablility of solid oxide fuel cell and the fabrication method thereof
US20180175396A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Wisconsin Alumni Research Foundation Perovskite compounds for stable, high activity solid oxide fuel cell cathodes and other applications
CN113451594A (zh) * 2020-03-26 2021-09-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池的阴极材料及其制备方法
CN115275228A (zh) * 2022-07-05 2022-11-01 南京工业大学 一种钇钨离子共掺杂的锶钴基钙钛矿固体氧化物燃料电池阴极材料、制备方法与应用
CN116666670A (zh) * 2023-08-01 2023-08-29 成都岷山绿氢能源有限公司 一种镧铌共掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯晓霞;谢志翔;王竹梅;张天峰;李月明;: "中温固体氧化物燃料电池阴极材料LaFe_(1-x)Cu_xO_(3-δ)的制备与性能研究", 中国陶瓷, no. 03 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117832562A (zh) * 2024-03-06 2024-04-05 成都岷山绿氢能源有限公司 一种锶掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用
CN117832562B (zh) * 2024-03-06 2024-05-14 成都岷山绿氢能源有限公司 一种锶掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用
CN117936860A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 成都岷山绿氢能源有限公司 一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN117117208B (zh) 2023-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zha et al. Effect of Gd (Sm) doping on properties of ceria electrolyte for solid oxide fuel cells
CN117117208B (zh) 一种镧掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用
CN110581283B (zh) 一种铋掺杂固体氧化物电池燃料极材料及其制备方法与应用
Kleinlogel et al. Sintering and properties of nanosized ceria solid solutions
Yamaura et al. Cathodic polarization of strontium-doped lanthanum ferrite in proton-conducting solid oxide fuel cell
Huang et al. Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8-xFe0. 2NbxO3-δ (x≤ 0.1) as cathode materials for intermediate temperature solid oxide fuel cells with an electron-blocking interlayer
Li et al. Evaluation of double perovskite Sr2FeTiO6− δ as potential cathode or anode materials for intermediate-temperature solid oxide fuel cells
CN102842723B (zh) 钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法
CN116666670B (zh) 一种镧铌共掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用
CN101222060A (zh) 一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料
Lü et al. The evolution of structure and electrochemical properties of Y-site deficiency Y1-xBaCoCuO5+ δ cathode for solid oxide fuel cells
CN102054991B (zh) 一种固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法
CN115180936B (zh) 一种质子导体可逆电池空气电极、制备方法和用途
CN101306842B (zh) 一种固体氧化物燃料电池陶瓷阴极纳米粉体的制备方法
CN101043079A (zh) 中高温固体氧化物燃料电池阴极材料
CN101794885A (zh) 钙铁石结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料
CN115692806A (zh) 一种高熵钙钛矿电解质及其制备方法与应用、电池
CN115101761A (zh) 一种质子陶瓷燃料电池阴极材料及其制法与应用
CN100533824C (zh) 中低温固体氧化物燃料电池阴极材料
CN107645000A (zh) 一种固体氧化物燃料电池双相复合阴极材料及其制备方法
CN117832562B (zh) 一种锶掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用
CN103107343A (zh) 一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料
CN116375469B (zh) 一种固相合成质子导体电解质陶瓷粉体的方法
Zhu et al. Synthesis and characterization of Ce1–x (Gd1/5Sm1/5Er1/5Y1/5Bi1/5) xO2–δ solid electrolyte for SOFCs
CN110218091A (zh) 一种溶胶凝胶自燃烧法制备Fe元素掺杂铈酸钡固体电解质的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant