專利名稱：一種固體氧化物燃料電池鎳基復(fù)合陽極材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池，具體地說是一種氧化鎂和氧化鋁共同改性的鎳基固體氧化物燃料電池復(fù)合陽極材料。通過將氧化鎂和氧化鋁添加到傳統(tǒng)的鎳基陽極材料中對(duì)陽極材料進(jìn)行修飾改性，可以阻止鎳顆粒燒結(jié)長大，改善材料的表面形貌，得到的復(fù)合陽極材料具有材料顆粒分布均勻，不易燒結(jié)、強(qiáng)度高、體積膨脹率小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)，更重要的是提高了鎳基陽極材料的抗循環(huán)氧化還原性能。這種復(fù)合陽極材料的應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)鎳基陽極固體氧化物燃料電池技術(shù)向應(yīng)用方向發(fā)展具有重要的意義。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是已發(fā)明的將化學(xué)燃料直接轉(zhuǎn)化為電能的最有效的裝置，是一種采用固體氧化物作為電解質(zhì)，需要在高溫下運(yùn)行的燃料電池系統(tǒng)。它的主要優(yōu)勢是采用了陶瓷電解質(zhì)，全固態(tài)結(jié)構(gòu)，燃料適用范圍廣泛，適合于熱電聯(lián)供，能量利用率高達(dá)80%以上。固體氧化物燃料電池主要由電解質(zhì)、陽極、陰極和連接體或雙極板組成。陽極支撐的薄膜電解質(zhì)型SOFC體系因?yàn)榫哂泻芨叩墓β拭芏榷蔀檠芯康臒狳c(diǎn)，目前陽極主要采用的是Ni-YSZ多孔金屬陶瓷，實(shí)現(xiàn)陽極的氣體傳質(zhì)、電子傳導(dǎo)、離子傳導(dǎo)、催化重整和電催化反應(yīng)等功能。Ni-YSZ作為傳統(tǒng)的陽極材料，是目前研究最多，應(yīng)用最廣的陽極材料，原因應(yīng)在于Ni-YSZ作為陽極有很多優(yōu)點(diǎn)，如良好的催化活性、高電導(dǎo)率、高強(qiáng)度、與YSZ膜的良好匹配性和價(jià)格低廉等。然而，傳統(tǒng)的Ni-YSZ陽極材料依然存在著一些缺陷I.由于Ni-YSZ陽極是在高溫(一般1400°C )下燒結(jié)而成以確保膜的致密性，而較高的鎳含量(約50wt. % )導(dǎo)致陽極材料中鎳的分散性不好。2.在電池的長期運(yùn)行過程中，Ni和MO之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹，導(dǎo)致陶瓷骨架和電解質(zhì)形成裂紋甚至斷裂，對(duì)電池結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致電池性能的完全失效。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)復(fù)合陽極的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種固體氧化物燃料電池復(fù)合陽極，通過氧化鎂和氧化鋁的摻雜來阻止鎳顆粒的燒結(jié)粗化，提高陽極材料的抗循環(huán)氧化還原性能和電池性能。本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下一種固體氧化物燃料電池鎳基復(fù)合陽極材料，所述陽極材料是由氧化鎂和氧化鋁共同改性的鎳基復(fù)合材料，所述陽極材料的組成為Ni1TyMgxAlyCVa5y ;x = O. 01-0. 2, y =O. OOl-O. 2ο
鎳基復(fù)合陽極材料Ni1IyMgxAlyCVa5y的最佳組成為x = O. 03-0. 15, y =
O.003-0. 02。其還原后的組成含有金屬鎳微米和納米粒子、氧化鎂、氧化鋁以及氧化鎂、氧化鋁和氧化鎳形成的復(fù)合氧化物。
所述復(fù)合陽極材料與電解質(zhì)材料復(fù)合用于制備固體氧化物燃料電池陽極，按重量百分比，由該材料與電解質(zhì)材料制備的復(fù)合陽極，該材料的重量含量為30-70%，其余的為電解質(zhì)材料。按重量百分比，該鎳基復(fù)合陽極材料的較佳重量百分含量為40-65%，其余的為電解質(zhì)材料。電解質(zhì)材料為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯ScSZ、氧化鈰摻雜的氧化鋯CeSZ中的一種或二種以上混合，其中氧化釔、氧化鈧或者氧化鈰在摻雜的氧化鋯中的摩爾百分含量為O. 05-25 %。所述復(fù)合陽極在在作為固體氧化物燃料電池陽極應(yīng)用前，事先需要經(jīng)過還原過程，還原后復(fù)合陽極中大部分的氧化鎳被還原為金屬鎳。所述復(fù)合陽極可以采用壓制成型、流延法或者絲網(wǎng)印刷法制備成型；其適用于平板型、管型、蜂窩型或扁管型的固體氧化物燃料電池膜電極。所述膜電極可以采用陽極支撐型、電解質(zhì)支撐型、陰極支撐型或金屬支撐型的結(jié)構(gòu)。通過合成復(fù)合陽極材料和制備固體氧化物燃料電池的方法來實(shí)現(xiàn)上述目的。具體方法包括下列步驟I.所述復(fù)合陽極的制備所述電極材料的活性成分組成為Ni1IyMgxAlyCVa5y ;x = O. 01-0. 2, y =
O.001-0. 2;按重量百分比，復(fù)合陽極的重量組成為，氧化鎳，氧化鎂和氧化鋁一共占30-70%，其余的為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)。該復(fù)合陽極是在傳統(tǒng)的NiO-YSZ中添加氧化鎂和氧化鋁復(fù)合而成，其制備過程如下I)將氧化鎳、氧化鎂和氧化鋁復(fù)合然后再與YSZ混合先將氧化鎳、氧化鎂和氧化鋁復(fù)合,可通過鎳、鎂和鋁的金屬鹽或氧化物的共分解、共沉淀、浸潰、機(jī)械混合和/或高溫固相反應(yīng)來完成，其中金屬鹽可為鎳、鎂和鋁的硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽和/或草酸鹽。然后鎳、鎂、鋁的復(fù)合氧化物再與YSZ混合。2)直接將氧化鎂和氧化鋁與氧化鎳和YSZ的混合物復(fù)合將氧化鎂和氧化鋁復(fù)合，過程可采用沉淀、浸潰、機(jī)械混合和/或高溫固相反應(yīng)來完成，鎂、鋁材料均可為氧化物、氫氧化物、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽和/或草酸鹽。再與氧化鎳和YSZ的混合物復(fù)合。3)將氧化鎂和氧化鋁與YSZ復(fù)合然后再與氧化鎳混合先接將氧化鎂和氧化鋁與YSZ復(fù)合，再和氧化鎳復(fù)合，過程可采用沉淀、浸潰、機(jī)械混合和/或高溫固相反應(yīng)來完成，其中鎂、鋁材料均可為氧化物、氫氧化物、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽和/或草酸鹽。2.復(fù)合陽極材料以及復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一電池組件的制備I)采用干壓法制備尺寸大約為1.5X4X20mm的條狀樣品，在900-1600°C燒結(jié)2_12h，得到復(fù)合陽極材料。2)采用干壓法制備O. 25-3. 5mm厚的復(fù)合陽極基底，在900-1600°C燒結(jié)2_12h后，得到復(fù)合陽極；在陽極上涂覆一層厚度為5-45 μ m的YSZ漿料，在1100-1600°C燒結(jié)2_12h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件，用以制備陽極支撐型固體氧化物燃料電池。、
3)在干壓法制 備的O. 25-3. 5mm厚的復(fù)合陽極基底上涂覆一層厚度為5_45 μ m的YSZ漿料，在1100-1600°c燒結(jié)2-12h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件，用以制備陽極支撐型固體氧化物燃料電池。本發(fā)明的有益效果I.本發(fā)明的復(fù)合陽極材料通過氧化鎂和氧化鋁的修飾，增加了 NiO在YSZ結(jié)構(gòu)上的分散性，保持了鎳顆粒較高的顆粒度和活性，使其在循環(huán)氧化還原過程中不會(huì)形成海綿狀結(jié)構(gòu)，因此降低了 NiO在循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率，提高了陽極材料的抗循環(huán)氧化還原性能。2.通過氧化鎂和氧化鋁的修飾大大改善了陽極鎳顆粒間的界面接觸，使電極結(jié)構(gòu)分布均勻，降低了極化阻抗，提高了陽極活性和電池輸出性能。此復(fù)合陽極可應(yīng)用于平板型、管型、扁管型和蜂窩型等多種構(gòu)型的固體氧化物燃料電池中；適用于分散電站、便攜電源等多種中溫固體氧化物燃料電池的領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用過程中，復(fù)合陽極還原后使用，還原后的陽極含有電解質(zhì)材料、金屬鎳微米和納米粒子、氧化鎂、氧化鋁以及氧化鎂、氧化鋁和氧化鎳形成的復(fù)合氧化物。采用本發(fā)明的氧化鎂和氧化鋁改性的鎳基復(fù)合氧化物材料制備的陽極，可以提高金屬鎳微、納米粒子的穩(wěn)定性和金屬鎳顆粒的分散性，提高了三相界面，從而提高電極活性；提高了陽極的抗循環(huán)氧化還原性能，從而提高了可靠性。
具體實(shí)施例方式下面提供實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明比較例I傳統(tǒng)的NiO-YSZ陽極材料采用壓延法，并用50wt. % NiO和50wt. % YSZ (YSZ中氧化釔的摩爾含量為8% )來制備。在NiO和YSZ粉體中加入有機(jī)膠粘劑(比如PVB和正丁醇溶劑，用量是陽極總重量的30% )充分混合研磨。制備LSM(摻雜鍶的錳酸鑭)-YSZ復(fù)合陰極材料，將LSM和YSZ按重量比I : I機(jī)械混合均勻后添加膠黏劑(乙二醇，用量是陰極總重量的5% )，制備成復(fù)合陰極漿料。干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1350°C空氣氣氛下焙燒4h。制備出的尺寸大約為I. 5X4X 20mm的條狀NiO-YSZ陽極材料用于考察循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率。以高純氫氣為還原氣，空氣為氧化氣時(shí)，氧化和還原過程均在700°C進(jìn)行3h，經(jīng)過五次循環(huán)氧化還原過程后，傳統(tǒng)的NiO-YSZ陽極材料的體積膨脹率為I. 46%。干壓制備出800 μ m厚的NiO-YSZ陽極基底，在1350°C空氣氣氛下焙燒4h。在其上涂覆一層厚度為25μπι的YSZ漿料，干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1200°C空氣氣氛下焙燒5h，得到NiO-YSZ/YSZ 二合一組件。在此二合一組件上采用絲網(wǎng)印刷法涂覆一層LSM-YSZ(按重量比I : I)陰極層，在1100°C燒結(jié)5h，得到陰極厚度為30μπι的平板型固體氧化物燃料電池。陽極側(cè)通氫氣，陰極側(cè)通氧氣，測試800-700°C的電池性能。在800°C時(shí)最大功率是O. 73W · cm_2，在700°C時(shí)最大功率是O. 15W · cm_2。實(shí)施例I采用硝酸鹽共分解的方法，在700°C間共分解I. 624g硝酸鎂(Mg(NO3)2 · 6H20)、
O.125g硝酸鋁(Al(NO3)3 · 9H20)與17. 450g硝酸鎳(Ni (NO3)2 · 6H20)的混合物，得到氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳基陽極材料。選用氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳作為陽極催化材料(其中Ni Mg Al = O. 9 O. 095 O. 005，摩爾比)，與8YSZ (YSZ中氧化釔的摩爾含量為8% )混合(按重量比60 40)，在粉體中加入有機(jī)膠粘劑(比如PVB和正丁醇(重量比為I : I)溶劑，用量是陽極總重量的30% )充分混合研磨。干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1350°C空氣氣氛下焙燒4h。制備出的尺寸為
I.5X4X20mm的條狀復(fù)合陽極材料用于考察循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率。以高純氫氣為還原氣，空氣為氧化氣時(shí)，氧化和還原過程均在700°C進(jìn)行3h，經(jīng)過五次循環(huán)氧化還原過程后，氧化鎂和氧化鋁修飾的復(fù)合陽極材料的體積膨脹率為O. 86%。比傳統(tǒng)的NiO-YSZ陽極材料的體積膨脹率(I. 46% )降低了 O. 6個(gè)百分點(diǎn)。干壓制備出800μπι厚的復(fù)合陽極基底，在1350°C空氣氣氛下焙燒4h。在其上涂 覆一層厚度為25μπι的YSZ漿料，干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1200°C空氣氣氛下焙燒5h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件。在此二合一組件上采用絲網(wǎng)印刷法涂覆一層LSM-YSZ(按重量比I : 1，制備過程同比較例I)陰極層，在1100°C燒結(jié)5h，得到陰極厚度為30 μ m的平板型固體氧化物燃料電池。陽極側(cè)通氫氣，陰極側(cè)通氧氣,測試800-700°C的電池性能。在800°C時(shí)最大功率是O. 95W · cm_2與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 30. 14%，在700°C時(shí)最大功率是O. 19W · cm_2，與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 26. 67%。實(shí)施例2采用硝酸鹽共分解的方法，在1100°C間共分解2. 052g硝酸鎂(Mg(NO3)2 · 6H20)、
I.OOlg硝酸鋁(Al(NO3)3 · 9H20)與16. 285g硝酸鎳(Ni (NO3)2 · 6H20)的混合物，得到氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳基陽極材料。選用氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳作為陽極催化材料(其中Ni : Mg : Al=O. 85 : O. 11 O. 04，摩爾比)，與8YSZ (YSZ中氧化釔的摩爾含量為8% )混合(按重量比50 50)，在粉體中加入有機(jī)膠粘劑(比如PVB和正丁醇(重量比為I : I)溶劑，用量是陽極總重量的30% )充分混合研磨。干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1500°C空氣氣氛下焙燒3h。制備出的尺寸大約為
I.5X4X20mm的條狀復(fù)合陽極材料用于考察循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率。以高純氫氣為還原氣，空氣為氧化氣時(shí)，氧化和還原過程均在700°C進(jìn)行3h，經(jīng)過五次循環(huán)氧化還原過程后，氧化鎂和氧化鋁修飾的復(fù)合陽極材料的體積膨脹率為1.02%。比傳統(tǒng)的NiO-YSZ陽極材料的體積膨脹率(I. 46% )降低了 O. 44個(gè)百分點(diǎn)。干壓制備出800μπι厚的復(fù)合陽極基底，在1500°C空氣氣氛下焙燒3h。在其上涂覆一層厚度為25μπι的YSZ漿料，干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1400°C空氣氣氛下焙燒4h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件。在此二合一組件上采用絲網(wǎng)印刷法涂覆一層LSM-YSZ(按重量比I : 1，制備過程同比較例I)陰極層，在1300°C燒結(jié)3h，得到陰極厚度為30 μ m的平板型固體氧化物燃料電池。陽極側(cè)通氫氣，陰極側(cè)通氧氣,測試800-700°C的電池性能。在800°C時(shí)最大功率是O. 89W · cm_2與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 21. 92%，在700°C時(shí)最大功率是O. 16W · cm_2，與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提聞了 6. 67 。實(shí)施例3采用固相反應(yīng)法,直接將氧化鎂,氧化鋁,氧化鎳和8YSZ混合制備氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳基陽極材料。將所有氧化物按相應(yīng)比例充分混合研磨，再在粉體中加入有機(jī)膠粘劑(比如PVB和正丁醇(重量比為I : I)溶劑，用量是陽極總重量的30%)混合均勻。干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1450°C空氣氣氛下焙燒3. 5h。制備出的尺寸大約為I. 5X4X20mm的條狀復(fù)合陽極材料用于考察循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率。以高純氫氣為還原氣，空氣為氧化氣時(shí)，氧化和還原過程均在700°C進(jìn)行3h。干壓制備出800μπι厚的復(fù)合陽極基底，在1450°C空氣氣氛下焙燒3. 5h。在其上涂覆一層厚度為25μ m的YSZ漿料，干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1300°C空氣氣氛下焙燒4h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件。在此二合一組件上采用絲網(wǎng)印刷法涂覆一層LSM-YSZ(按重量比I : 1，制備過 程同比較例I)陰極層，在1200°C燒結(jié)4h，得到陰極厚度為30 μ m的平板型固體氧化物燃料電池。陽極側(cè)通氫氣、陰極側(cè)通氧氣在800°C測試時(shí)電池性能。經(jīng)過五次循環(huán)氧化還原過程后，氧化鎂和氧化鋁修飾的復(fù)合陽極材料的體積膨脹率以及電池的最大功率見表I。表I
Ni:Mg:Al (摩爾Ni0+Mg0+Al203 YSZ體積膨脹率電池性能提高 比)(g)(g) (70 O0C) (800 °C)
丁 0.8:0.13:0.07 " 10To~ 1.13%13.70%
T 0.82:0.13:0.05 1010 ~ 0.97%19.18%
T 0.84:0.13:0.03 1010 0.89%23.29%
T 0.88:0.11:0.01 1010 ~ 0.80% 28.77%
T 0.91:0.08:0.01 " 10"To~ 0.96% 20.55%
6 0.94:0.05:0.01 1010 1.04%16.44%從表I可以看出，隨著氧化鎂含量的減少，復(fù)合陽極材料的循環(huán)氧化還原體積膨脹率先是逐漸減小然后逐漸增加，這是因?yàn)镸gO的加入能在一定程度上阻止鎳顆粒的粗化，降低材料的熱膨脹，但是加入過多會(huì)增加陽極和電解質(zhì)之間的熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致電池不穩(wěn)定；鋁元素的少量加入會(huì)在一定程度上增加陽極材料的機(jī)械強(qiáng)度和阻止鎳顆粒粗化，但當(dāng)鋁的含量增加時(shí)，循環(huán)氧化還原體積膨脹率變大，陽極材料的循環(huán)氧化還原穩(wěn)定性變差。800°C時(shí)電池性能隨著氧化鎂含量的減少而先逐漸降低然后逐漸升高，這也是氧化鎂和氧化鋁修飾后陽極鎳顆粒分散性、體積膨脹率的調(diào)整對(duì)電池性能產(chǎn)生的綜合作用的結(jié)果O實(shí)施例4采用硝酸鹽共分解的方法，在900°C間共分解I. 708g硝酸鎂(Mg(NO3)2 · 6H20)、
2.002g硝酸鋁(Al(NO3)3 · 9H20)與15. 899g硝酸鎳(Ni (NO3)2 · 6H20)的混合物，得到氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳基陽極材料。選用氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳作為陽極催化材料(其中Ni Mg Al = O. 82 O. I O. 08，摩爾比)，與8YSZ (YSZ中氧化釔的摩爾含量為8% )混合(按重量比60 40)，在粉體中加入有機(jī)膠粘劑(比如PVB和正丁醇(重量比為I : I)溶劑，用量是陽極總重量的30% )充分混合研磨。
干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1600°C空氣氣氛下焙燒2h。制備出的尺寸大約為I. 5X4X20mm的條狀NiO-YSZ復(fù)合陽極材料用于考察循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率。以高純氫氣為還原氣，空氣為氧化氣時(shí)，氧化和還原過程均在700°C進(jìn)行3h，經(jīng)過五次循環(huán)氧化還原過程后，氧化鎂和氧化鋁修飾的復(fù)合陽極材料的體積膨脹率為O. 92%。比傳統(tǒng)的NiO-YSZ陽極材料的體積膨脹率(I. 46% )降低了 O. 54個(gè)百分點(diǎn)。干壓制備出800 μ m厚的復(fù)合陽極基底，在其上涂覆一層厚度為25 μ m的YSZ漿料，干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1600°C空氣氣氛下焙燒2h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件。在此二合一組件上采用絲網(wǎng)印刷法涂覆一層LSM-YSZ(按重量比I : 1，制備過程同比較例I)陰極層，在1500°C燒結(jié)2h，得到陰極厚度為30 μ m的平板型固體氧化物燃料電池。陽極側(cè)通氫氣，陰極側(cè)通氧氣，測試800-700°C的電池性能。在800°C時(shí)最大功率是 O. 84W · cm_2與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 15. 07%，在700°C時(shí)最大功率是O. 16W · cnT2，與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 6. 67%。實(shí)施例5采用硝酸鹽共分解的方法，在600°C間共分解I. 368g硝酸鎂(Mg(NO3)2 · 6H20)、O. 501g硝酸鋁(Al (NO3)3 · 9H20)與17. 45g硝酸鎳(Ni (NO3)2 · 6H20)的混合物，得到氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳基陽極材料。選用氧化鎂和氧化鋁修飾的氧化鎳作為陽極催化材料(其中Ni Mg Al = O. 9 O. 08 O. 02，摩爾比)，與8YSZ (YSZ中氧化釔的摩爾含量為8% )混合(按重量比40 60)，在粉體中加入有機(jī)膠粘劑(比如PVB和正丁醇(重量比為I : I)溶劑，用量是陽極總重量的30%)充分混合研磨。干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1100°C空氣氣氛下焙燒6h。制備出的尺寸大約為I. 5X4X20mm的條狀NiO-YSZ復(fù)合陽極材料用于考察循環(huán)氧化還原過程中的體積膨脹率。以高純氫氣為還原氣，空氣為氧化氣時(shí)，氧化和還原過程均在700°C進(jìn)行3h，經(jīng)過五次循環(huán)氧化還原過程后，氧化鎂和氧化鋁修飾的復(fù)合陽極材料的體積膨脹率為O. 99%。比傳統(tǒng)的NiO-YSZ陽極材料的體積膨脹率(I. 46% )降低了 O. 47個(gè)百分點(diǎn)。干壓制備出800 μ m厚的復(fù)合陽極基底，在其上涂覆一層厚度為25 μ m的YSZ漿料，干燥后在IOOMPa下壓制，然后在1100°C空氣氣氛下焙燒6h，得到復(fù)合陽極/電解質(zhì)二合一組件。在此二合一組件上采用絲網(wǎng)印刷法涂覆一層LSM-YSZ(按重量比I : 1，制備過程同比較例I)陰極層，在900°C燒結(jié)6h，得到陰極厚度為30 μ m的平板型固體氧化物燃料電池。陽極側(cè)通氫氣，陰極側(cè)通氧氣，測試800-700°C的電池性能。在800°C時(shí)最大功率是O. 86W · cm_2與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 17. 81 %，在700°C時(shí)最大功率是O. 17W · cm_2，與比較例I未修飾陽極的電池相比性能提高了 13. 33%。
權(quán)利要求
1.ー種固體氧化物燃料電池鎳基復(fù)合陽極材料，其特征在于所述陽極材料是由氧化鎂和氧化鋁共同改性的鎳基復(fù)合材料，所述陽極材料的組成為Ni1^Mgx Aly01+0.5y ；x=0. 01-0. 2，y=0. 001-0. 2。
2.按照權(quán)利要求I所述復(fù)合陽極材料，其特征在干 鎳基復(fù)合陽極材料Ni1TyMgxAlyCVa5y的最佳組成為x=0. 03-0. 15，y=0. 003-0. 02。
3.按照權(quán)利要求I所述復(fù)合陽極材料，其特征在于其還原后的組成為含有金屬鎳微米和納米粒子、氧化鎂、氧化鋁以及氧化鎂、氧化鋁和氧化鎳形成的復(fù)合氧化物。
4.一種權(quán)利要求I所述復(fù)合陽極材料的應(yīng)用，其特征在于該材料與電解質(zhì)材料復(fù)合用于制備固體氧化物燃料電池陽極；按重量百分比，由該材料與電解質(zhì)材料制備的復(fù)合陽極，該材料的重量含量為30-70%，其余的為電解質(zhì)材料。
5.按照權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于按重量百分比，該鎳基復(fù)合陽極材料的較佳百分含量為40-65%，其余的為電解質(zhì)材料。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的應(yīng)用，其特征在于電解質(zhì)材料為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯ScSZ、氧化鈰摻雜的氧化鋯CeSZ中的ー種或ニ種以上混合，其中氧化釔、氧化鈧或者氧化鈰在摻雜的氧化鋯中的摩爾百分含量為0. 05-25%。
7.按照權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于所述復(fù)合陽極在作為固體氧化物燃料電池陽極應(yīng)用前，事先需要經(jīng)過還原過程，還原后復(fù)合陽極中大部分的氧化鎳被還原為金屬鎳。
8.按照權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于所述復(fù)合陽極可以采用壓制成型、流延法或者絲網(wǎng)印刷法制備成型；其適用于平板型、管型、蜂窩型或扁管型的固體氧化物燃料電池膜電極。
9.按照權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于所述膜電極可以采用陽極支撐型、電解質(zhì)支撐型、陰極支撐型或金屬支撐型的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池鎳基復(fù)合陽極材料及其應(yīng)用，該復(fù)合陽極材料組成可以表示為Ni1-x-yMgxAlyO1+0.5y，其中x=0.01-0.2，y=0.001-0.2。由該材料與電解質(zhì)材料復(fù)合制備陽極，其中氧化鎂和氧化鋁改性的鎳基復(fù)合氧化物材料的重量百分比為30-70%。在實(shí)際應(yīng)用過程中，復(fù)合陽極還原后使用，還原后的陽極含有電解質(zhì)材料、金屬鎳微米和納米粒子、氧化鎂、氧化鋁以及氧化鎂、氧化鋁和氧化鎳形成的復(fù)合氧化物。該新型復(fù)合陽極可用于平板型、管型、蜂窩型和扁管型固體氧化物燃料電池。
文檔編號(hào)H01M4/86GK102651477SQ20111004548
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者張?jiān)? 涂寶峰, 程謨杰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所