用于具有提高的高温电解效率的固体氧化物电解池的燃料电极及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于具有提高的高温电解效率的固体氧化物电解池的燃料电极及其制造方法。

背景技术：

1、在绿色制氢方法中，与聚合物电解质膜(pem)电解池和碱性电解池相比，固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell，soec)具有效率高和工作电压低的优点。

2、然而，目前可用的soec使用现有的固体氧化物燃料电池的元件，因此由于缺乏专用材料而存在性能不足和耐久性劣化的问题。具体地，现有的基于ni-氧化钇稳定的氧化锆(ysz)的燃料电极存在由于镍的降解而稳定性较差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于具有提高的高温电解效率的固体氧化物电解池的燃料电极及其制造方法。

2、本发明的目的不限于上述目的。本发明的上述和其他目的将从以下描述中更加明显，并且将通过所附权利要求及其组合来实现。

3、根据本发明的一个实施方案，用于固体氧化物电解池的燃料电极包括载体和催化剂，该载体包括含有镍(ni)的第一颗粒和含有氧化钇稳定的氧化锆(ysz)的第二颗粒，该催化剂包括第一元素和第二元素，该第一元素包括选自由fe、co、pd、cu、mo及它们的组合组成的组中的至少一种，该第二元素包括掺杂氧化钆的氧化铈(gdc)，其中催化剂负载在载体上，并且第一元素的至少一部分在第一颗粒的表面上与第一颗粒形成合金。

4、第一颗粒的直径可以为1.5μm以下。

5、第二颗粒的直径可以为350nm至500nm。

6、催化剂的直径可以为20nm至60nm。

7、根据本发明的一个实施方案，一种制造用于固体氧化物电解池的燃料电极的方法包括：制备包含第一颗粒和第二颗粒的载体，所述第一颗粒含有镍(ni)，所述第二颗粒含有氧化钇稳定的氧化锆(ysz)；通过将第一元素的前体注入到载体中并通过进行第一热处理来获得第一中间体，其中该第一元素包括选自由fe、co、pd、cu、mo及它们的组合组成的组中的至少一种；通过将第二元素的前体注入到第一中间体中并通过进行第二热处理来获得第二中间体，其中该第二元素包括掺杂氧化钆的氧化铈(gdc)；以及通过在氢气气氛下还原该第二中间体来获得燃料电极。

8、该方法还可以包括在将第一元素的前体注入到载体中之前对载体进行热处理。

9、可以将包括第一元素的前体、螯合剂以及水基溶剂和醇基溶剂的混合溶剂的第一溶液注入到载体中。

10、第一元素的前体中的阳离子与螯合剂的摩尔比可以为约1：10。

11、螯合剂可以包括选自由尿素、甘氨酸(glycine)、triton x、柠檬酸及它们的组合组成的组中的至少一种。

12、第一元素的前体可以以约2.25mg/cm2至2.75mg/cm2的量的范围注入。

13、第一热处理可以通过在约50℃至100℃的温度范围内加热约1小时至3小时、在约120℃至200℃的范围内加热约1小时至2小时，以及在约300℃至500℃的范围内加热约1小时至3小时来进行，并且该第一热处理可以进行至少一次。

14、可以将包括第二元素的前体、螯合剂以及水基溶剂和醇基溶剂的混合溶剂的第二溶液注入到第一中间体中。

15、第二元素的前体中的阳离子与螯合剂的摩尔比可以为约1：10。

16、第二元素的前体可以以约81mg/cm2至87mg/cm2的量的范围注入。

17、第二热处理可以通过在约50℃至100℃的温度范围内加热约1小时至3小时、在约120℃至200℃的范围内加热约1小时到2小时、以及在约300℃至500℃的范围内加热约1小时至3小时来进行，并且该第二热处理可以进行至少一次。

18、第二中间体可以在约750℃至800℃的温度范围内在氢气气氛下被还原以获得燃料电极。

19、根据本发明，可以获得一种用于具有提高的高温电解效率的固体氧化物电解池的燃料电极及其制造方法。

20、本发明的效果不限于上述效果。应当理解的是，本发明的效果包括可以从以下描述推断出的所有效果。

技术特征：

1.一种用于固体氧化物电解池的燃料电极，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电极，其中，所述第一颗粒的直径为1.5μm以下。

3.根据权利要求1所述的燃料电极，其中，所述第二颗粒的直径为350nm至500nm。

4.根据权利要求1所述的燃料电极，其中，所述催化剂的直径为20nm至60nm。

5.一种制造用于固体氧化物电解池的燃料电极的方法，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一颗粒的直径为1.5μm以下，并且所述第二颗粒的直径为350nm至500nm。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括在将所述第一元素的前体注入所述载体之前对所述载体进行热处理。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述第一元素的前体注入到所述载体中是将包含所述第一元素的前体、螯合剂、以及水基溶剂和醇基溶剂的混合溶剂的第一溶液注入到所述载体中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一元素的前体中的阳离子与所述螯合剂的摩尔比为1：10。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述螯合剂包含选自由尿素、甘氨酸、triton x、柠檬酸及它们的组合组成的组中的至少一种。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一元素的前体以2.25mg/cm2至2.75mg/cm2的量的范围注入。

12.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一热处理通过在50℃至100℃的温度范围内加热1小时至3小时、在120℃至200℃的范围内加热1小时至2小时，以及在300℃至500℃的范围内加热1小时至3小时来进行，并且所述第一热处理进行至少一次。

13.根据权利要求5所述的方法，其中，将第二元素的前体注入到所述第一中间体中是将包含所述第二元素的前体、螯合剂以及水基溶剂和醇基溶剂的混合溶剂的第二溶液注入到所述第一中间体中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二元素的前体中的阳离子与所述螯合剂的摩尔比为1：10。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述螯合剂包含选自由尿素、甘氨酸、tritonx、柠檬酸及它们的组合组成的组中的至少一种。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二元素的前体以81mg/cm2至87mg/cm2的量的范围注入。

17.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二热处理通过在50℃至100℃的温度范围内加热1小时至3小时、在120℃至200℃的范围内加热1小时至2小时、以及在300℃至500℃的范围内加热1小时至3小时来进行，并且所述第二热处理进行至少一次。

18.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二中间体在750℃至800℃的温度范围内在氢气气氛下被还原以获得所述燃料电极。

19.根据权利要求5所述的方法，其中，所述催化剂的直径为20nm至60nm。

技术总结本发明涉及一种用于具有提高的高温电解效率的固体氧化物电解池(SOEC)的燃料电极，包括：载体(carrier)，该载体具有包括镍的第一颗粒和包括氧化钇稳定的氧化锆(yttria‑stabilized zirconia)的第二颗粒；以及催化剂，该催化剂具有第一元素和第二元素，该第一元素包括选自由Fe、Co、Pd、Cu、Mo及它们的组合组成的组中的至少一种，该第二元素包括掺杂氧化钆的氧化铈(gadolinia‑doped ceria)。技术研发人员：金柴沅,张志勋,洪宗燮,金辉泰受保护的技术使用者：现代自动车株式会社技术研发日：技术公布日：2024/5/12