一种抗积碳的固体氧化物燃料电池的阳极材料及其制备方法和用图【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种抗积碳的固体氧化物燃料电池的阳极材料及其制备方法和用途。【
背景技术：
】[0002]固体氧化物燃料电池(简称SOFCs)是一类可以将燃料气体的化学能以高效而环境友好的方式直接转化为电能的电化学反应器。固体氧化物燃料电池与目前研究的其它燃料电池相比，具有可以使用经济合理的材料组件、对燃料中杂质低的敏感性和高的能量转化效率等优点[1]。但是目前SOFCs从成本和耐久性上与传统的内燃机都还无法竞争。最近10多年研究主要集中开发可以直接氧化碳氢化合物燃料的中低温固体氧化物燃料电池，这是因为传统的阳极材料镍/氧化钇稳定的氧化锆（Ni/YSZ)金属陶瓷阳极材料在使用碳基燃料时存在积碳和硫中毒的问题。因此，研究替代的阳极材料对于开发碳基燃料的SOFCs及其商业化非常重要。为了设计具有高性能和长期稳定性的固体氧化物燃料电池非常迫切地需要开发低成本、高效、稳定的材料。[0003]虽然近年来报道的一些阳极材料具有一些抗积碳和/或抗硫中毒性能，例如Cu-CeO2[2,3]、（LaQ.HSro.do.gCr。.5MnQ.503(LSCM)[4]、La4Sr8Ti11Mntl.5GaQ.5037.5[5]、Sr2Mgl_xMnxMo06_s(SMM)[6]'BaZraiCea7Ya2-XYbxO3-S(BZCYYb)[7]'Sr2Feh5Moa5O6-S(SFM)[8]和Pra8Srh2(Co,Fe)Q.8NbQ.204+s[9]。但是，迄今为止这些阳极材料仍然存在一些问题，主要是与Ni相比具有低的催化活性。此外，在高温工作条件下，一些材料还不够稳定[1]。为了改善电池的电化学性能和长期稳定性，这些阳极材料的组成和微观结构也需要进一步优化。一般认为纳米结构的SOFCs电极材料可以扩展反应发生的三相界面，从而显著地改善电极反应的动力学[10-15]。[0004]固体氧化物电解池(简称SOECs)以SOFCs逆方式工作。SOECs是一种重要的能量转化系统，它可以合理而有效地将风能、潮汐能和太阳能等可再生能源转化为化学能，因此是有效的能量储存手段[16，17]。目前SOECs的长期稳定性仍然是一个问题，人们提出了一些衰退和失效的机理，包括氧化硅杂质在Ni-YSZ界面偏析，当暴露于高水汽条件下Ni在Ni-YSZ电极中的迁移，阳极分层等，因此仍需寻找高效而稳定的负极材料。[0005]参考文献[0006][l]Sun,C.ff.;StimmingU.Recentanodeadvancesinsolidoxidefuelcells,J.PowerSources.2007,171,247-260.[0007][2]ParkS.D.;VohsJ.M.,GorteR.J.Directoxidationofhydrocarbonsinasolid-oxidefuelcell,Nature,2000,404,265-267.[0008][3]GorteR.J.;ParkS.;VohsJ.M.;WangC.H.Anodesfordirectoxidationofdryhydrocarbonsinasolid-oxidefuelcell,Adv.Mater.2000,12,1465-1469.[0009][4]TaoS.W.;IrvineJ.T.S.Aredox-stableefficientanodeforsolidoxidefuelcells,Nat.Mater.2003,2,320-323.[0010][5]Ruiz-MoralesJ.C.;Canales-vazqzezJ.;SavaniuC.;Marrero-LopezD.;ZhouW.Z.;IrvineJ.T.Disruptionofextendeddefectsinsolidoxidefuelcellanodesformethaneoxidation，Nature2006,439,568-57L[0011][6]HuangY.H.;DassR.I.;XingZ.L.;GoodenoughJ.B.Doubleperovskitesasanodematerialsforsolid-oxidefuelcells，Science2006,312,254-257.[0012][7]YangL.;WangS.;BlinnK.;LiuM.;LiuZ.;ChengZ.;LiuM.EnhancedsulfurandcokingtoleranceofamixedionconductorforSOFCs:BaZr0^e07Y〇2_XYbx03-s，Science2009,326,126-129.[0013][8]LiuQ.;DongX.;XiaoG.;ZhaoF.;ChenF.AnovelelectrodematerialforsymmetricalSOFCsjAdv.Mater.2010,22,5478-5482.[0014][9]YangC.;YangZ.;JinC.;XiaoG.;ChenF.Sulfur-tolerantredox-reversibleanodematerialfordirecthydrocarbonsolidoxidefuelcells，Adv.Mater.2012,24,1439-1443.[0015][10]SunC.W.;XieZ.;XiaC.R.;LiH.;ChenL.Q.InvestigationofmesoporousCeO2-Ruasareformingcatalystlayerforsolidoxidefuelcells,Electrochem.Commun.，2006,8,833-838.[0016][11]AntoniettiM.;0zinG.A.Promisesandproblemsofmesoscalematerialschemistryorwhymeso?ChemEurJ.2004,10,28-41.[0017][12]ZhiM.;MarianiN.;GemmenR.;GerdesK.;WuN.Nanofiberscaffoldforcathodeofsolidoxidefuelcell,EnergyEnviron.Sci.2011,4,417-420.[0018][13]ChuehW.C.;HaoY.;JungW.;HaileS.M.Highelectrochemicalactivityoftheoxidephaseinmodelceria-Ptandceria-Nicompositeanodes,Nat.Mater.，2012,11，156-161.[0019][14]BellinoM.G.;SacanellJ.G.;LamasD.G.;LeyvaA.G.;WalsoedeRecaN.E.High-performancesolid-oxidefuelcellcathodesbasedoncobaltitenanotubes，J.Am.Chem.Soc..，2007,129,3066-3067.[0020][15]ScholklapperT.Z.;KurokawaH.;JacobsonC.P.;ViscoS.J.;DeJongheL.C.Nanostructuredsolidoxidefuelcellelectrodes,NanoLett.2007,7,2136-2141.[0021][16]Ebbesen，S.D.;Knibbe，R.;Mogensen，M.Co-electrolysisofsteamandcarbondioxideinsolidoxidecells,J.Electrochem.Soc.2012,159,F482-F489.[0022][17]Yue,X.L.;Irvine,J.T.S.M.AlternativecathodematerialforC02reductionbyhightemperaturesolidoxideelectrolysiscells,J.Electrohem.Soc.2012,159,F442-F448.【
发明内容】[0023]因此，本发明的目的是提供一种抗积碳的固体氧化物燃料电池的阳极材料及其制备方法和用途，所述阳极材料具有改进的催化活性和长期稳定性。[0024]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。[0025]-方面，本发明提供了一种抗积碳的固体氧化物燃料电池的阳极材料，其中，所述阳极材料包含化学式MOx所示的氧化物，其中，M为Mo、W、Ru、V、Os、Ir、Rh或Pd,X为摩尔分数，且I<x<3;并且其中所述化学式MOx所示的氧化物是一维纳米粉末或介孔材料粉末。[0026]本发明中，化学式MOx中的摩尔分数X大于等于该金属元素M的最低正价价态的二分之一且小于等于该金属兀素M的最高正价价态的二分之一。[0027]根据本发明提供的阳极材料，其中，阳极材料可以包含选自化学式MOx所示的氧化物中的一种或多种。[0028]根据本发明提供的阳极材料，其中，所述一维纳米粉末的直径为50~500纳米，优选为150~200纳米；长度为1~20微米，优选为2~10微米。[0029]本发明中术语"介孔粉末"、"介孔材料"或"介孔材料粉末"是指孔径介于2纳米至50纳米的多孔材料。[0030]根据本发明提供的阳极材料，其中，合适的化学式MOx所示的氧化物为MoO3纳米棒、介孔MoO2粉末、介孔RuO2粉末、介孔WO2粉末、介孔VO2粉末或介孔PdO粉末。在一些实施方案中，所述化学式MOx所当前第1页1 2 3 4