调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法

权利要求书： 1.一种调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，所述方法至少包括如下实施步骤：SS1.至少选择一种现有阴极材料作为基础材料，所述现有阴极材料为钙钛矿型氧化物，其化学式为A1?xBxMO3?δ，其中A、B为金属元素或其混合，M为过渡金属元素或其混合，x为

0?1之间的数值，δ为氧元素的空位数；

SS2.在所述基础材料中掺入至少四种不同的金属元素，制备形成高熵钙钛矿氧化物来降低阴极材料的热膨胀系数并作为固体氧化物燃料电池的阴极材料，所述高熵钙钛矿氧化物的化学式为A1?xBx(M1yM2yM3yM4y)O3?δ，其中，A、B为金属元素或其混合，M1、M2、M3、M4为四种不同的过渡金属元素，y为0?0.25之间的数值，δ为氧元素的空位数，且步骤SS2在实施时至少包括如下子步骤：SS21.采用溶胶?凝胶法合成所述高熵钙钛矿氧化物的前驱体，包括：

a)将所述A、B、M1、M2、M3、M4对应的硝酸盐作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，形成硝酸盐溶液；

b)在加热和搅拌的条件下，向操作a)中形成的所述硝酸盐溶液中加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)作为络合剂，使所有金属离子与EDTA和CA形成为络合物；

c)向操作b)中形成的络合物溶液中加入适量的氨水作为pH调节剂，使所述络合物溶液的pH值达到6?9之间；

d)继续加热和搅拌所述络合物溶液，直到溶液蒸发为胶状物；

e)将所述胶状物放入干燥箱中干燥若干小时，得到所述前驱体；

SS22.采用固相反应法合成所述高熵钙钛矿氧化物的粉末，包括：

f)将所述前驱体放入马弗炉中，在5?10K/min的升温速率下加热到600?1000℃之间的温度条件进行煅烧，并保持若干小时；

g)自然降温后取出煅烧后的所述前驱体，并进行粉碎和筛分，得到所述高熵钙钛矿氧化物的粉末；

SS23.对制备的所述高熵钙钛矿氧化物的粉末进行包括热膨胀系数测量在内的性能测试，之后将所述高熵钙钛矿氧化物的粉末作为固体氧化物燃料电池的阴极材料，并与电解质材料进行组装和测试。

2.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述步骤SS1中，所述现有阴极材料为Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ(BSCF)、La0.8Sr0.2MnO3?δ(LSM)或La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3?δ(LSCF)。

3.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述步骤SS2中，选择多个具有不同原子尺寸、电负性和氧化态的金属元素掺入所述基础材料中，这些元素将成为高熵钙钛矿氧化物的组成部分，通过仔细选择元素的比例和组成，以实现所需的电子结构和晶体结构，这包括确定金属元素和氧元素之间的化学键类型和键强。

4.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述步骤SS2中，所掺入的至少四种不同的金属元素为Mg、Ca、Zn、Ti、Sn、Al、Ga、In、Y、Zr、Nb、Ta、Bi中的至少四种。

5.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述子步骤SS21的操作a)中，所述硝酸盐溶液中元素A、B、M1、M2、M3、M4的摩尔比为A:B:M1:M2:M3:M4＝1:1:0.2:0.2:0.2:0.2。

6.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述子步骤SS21的操作b)中，所加入的乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)的摩尔比为EDTA:CA＝1:1或1:2。

7.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述子步骤SS21的操作c)中，所加入的氨水的量为使pH值达到7?8之间。

8.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述子步骤SS21的操作d)中，所述络合物溶液在150?200℃的温度条件下蒸发为胶状物。

9.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述子步骤SS22的操作f)中，所述前驱体在800?900℃的温度条件下煅烧若干小时。

10.根据权利要求1所述的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，上述子步骤SS22的操作g)中，所得到的高熵钙钛矿氧化物的粉末为经过球磨和筛分后得到粒径为1?10微米的均匀粉末。

说明书： 一种调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法技术领域[0001] 本发明属于固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极材料设计制备和储能技术领域，涉及一种调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，通过设计和调控阴极材料的结构和原子排列方式即金属?氧化学键，可有效调节SOFC阴极并使其具有较低的热膨胀系数。背景技术[0002] 固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)是一种高效、环保的电化学能量转换装置，它利用氧气和燃料(通常是氢气、天然气、甲烷等)之间的电化学反应可以将化学能直接转化为电能。SOFC是一种燃料电池类型，其阴极是其中一个关键组成部分。SOFC具有高能量转换效率、低排放、燃料灵活性等优点，因此在发电、交通运输、军事应用、航空航天等多个领域有广泛的应用前景。[0003] SOFC的主要组成部分包括阴极、阳极和电解质层，其中阴极是影响SOFC性能和稳定性的关键组件。阴极是SOFC的一个极性，通常由氧化物材料制成，其主要功能是为电解质层提供氧离子。在SOFC的工作过程中，阴极上的氧气分子(O2)在高温下接触到电解质表面，?然后被电化学反应分解成氧离子(O2)，并释放出四个电子(e?)。这些电子通过外部回路流向阳极，从而产生电流。而这些氧离子穿过电解质层并在阳极处参与反应，从而产生水和热能。

[0004] 目前，SOFC阴极材料通常是稀土镍酸盐(例如，La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3?δ，缩写为LSCF)或其他复合氧化物。这些阴极材料在高温条件下具有良好的电子导电性和氧离子传导性，能够有效地促进氧还原反应，并提高SOFC的功率密度和效率。然而，这些阴极材料也存在一个共同的问题，即其热膨胀系数与配套使用的固体电解质材料(通常是氧化锆或氧化钇稳定的氧化锆)之间存在差异，这种差异可能导致在高温操作中产生较为严重的热应力问题，从而损害阴极与电解质的结合并降低性能。具体来说，由于热膨胀系数不匹配产生的热应力会降低材料的结合力、稳定性和导电性，并可能导致界面反应、微裂纹、剥离等问题，严重影响电池的输出性能和使用寿命。同时，由于热膨胀系数不匹配还可能导致SOFC的频繁维护和更换部件，这会增加维护成本和降低系统可用性。[0005] 阴极材料的晶体结构和原子排列方式即金属?氧化学键，对材料的热膨胀系数会产生重大的影响。金属?氧化学键是指在晶体结构中金属原子和氧原子之间形成的化学键，化学键的强度和键长度直接影响材料的热膨胀系数。在晶体结构中，化学键的强度决定了原子之间的连接程度。一般来说，强键通常会导致原子之间的连接更紧密，从而在加热时抵抗膨胀，导致较低的热膨胀系数。相反，弱键可能导致原子之间的连接较松散，使材料在加热时更容易膨胀，从而产生较高的热膨胀系数。此外，采用稠密排列的晶体结构也有利于抑制热振动，降低热膨胀系数。[0006] 因此，如何通过设计和调控阴极材料的结构和原子排列方式即金属?氧化学键，调节SOFC阴极并使其具有较低的热膨胀系数，从而与电解质材料的热膨胀系数相匹配，从而获得较低的热应力、更高的结构稳定性和导电性能，是当前固体氧化物燃料电池阴极材料研发的重要目标和亟待解决的技术问题。这不仅可以提高SOFC的结构稳定性和可靠性，还可以改善阴极材料的其他性能，如导电性、催化活性、氧离子传输性能等，同时还可以为阴极材料提供更多的功能性、可定制性和多样性，从而满足不同应用场景和需求的要求。发明内容[0007] (一)发明目的[0008] 针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，通过设计和调控阴极材料的结构和原子排列方式即金属?氧化学键，调节SOFC阴极并使其具有较低的热膨胀系数，从而与电解质材料的热膨胀系数相匹配，从而获得较低的热应力、更高的结构稳定性和导电性能，不仅可以提高SOFC的结构稳定性和可靠性，还可以改善阴极材料的其他性能，如导电性、催化活性、氧离子传输性能等，同时还可以为阴极材料提供更多的功能性、可定制性和多样性，从而满足不同应用场景和需求的要求。[0009] (二)技术方案[0010] 为实现该发明目的，本发明采用如下技术方案：[0011] 一种调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其特征在于，所述方法至少包括如下实施步骤：[0012] SS1.至少选择一种现有阴极材料作为基础材料，所述现有阴极材料为钙钛矿型氧化物，其化学式为A1?xBxMO3?δ，其中A、B为金属元素或其混合，M为过渡金属元素或其混合，x为0?1之间的数值，δ为氧元素的空位数；[0013] SS2.在所述基础材料中掺入至少四种不同的金属元素，制备形成高熵钙钛矿氧化物来降低阴极材料的热膨胀系数并作为固体氧化物燃料电池的阴极材料，所述高熵钙钛矿氧化物的化学式为A1?xBx(M1yM2yM3yM4y)O3?δ，其中，A、B为金属元素或其混合，M1、M2、M3、M4为四种不同的过渡金属元素，y为0?0.25之间的数值，δ为氧元素的空位数，且步骤SS2在实施时至少包括如下子步骤：[0014] SS21.采用溶胶?凝胶法合成所述高熵钙钛矿氧化物的前驱体，包括：[0015] a)将所述A、B、M1、M2、M3、M4对应的硝酸盐作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，形成硝酸盐溶液；[0016] b)在加热和搅拌的条件下，向操作a)中形成的所述硝酸盐溶液中加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)作为络合剂，使所有金属离子与EDTA和CA形成为络合物；[0017] c)向操作b)中形成的络合物溶液中加入适量的氨水作为pH调节剂，使所述络合物溶液的pH值达到6?9之间；[0018] d)继续加热和搅拌所述络合物溶液，直到溶液蒸发为胶状物；[0019] e)将所述胶状物放入干燥箱中干燥若干小时，得到所述前驱体；[0020] SS22.采用固相反应法合成所述高熵钙钛矿氧化物的粉末，包括：[0021] f)将所述前驱体放入马弗炉中，在5?10K/min的升温速率下加热到600?1000℃之间的温度条件进行煅烧，并保持若干小时；[0022] g)自然降温后取出煅烧后的所述前驱体，并进行粉碎和筛分，得到所述高熵钙钛矿氧化物的粉末；[0023] SS23.对制备的所述高熵钙钛矿氧化物的粉末进行包括热膨胀系数测量在内的性能测试，之后将所述高熵钙钛矿氧化物的粉末作为固体氧化物燃料电池的阴极材料，并与电解质材料进行组装和测试。[0024] 优选地，上述步骤SS1中，所述现有阴极材料为Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ(BSCF)、La0.8Sr0.2MnO3?δ(LSM)或La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3?δ(LSCF)。[0025] 优选地，上述步骤SS2中，选择多个具有不同原子尺寸、电负性和氧化态的金属元素掺入所述基础材料中，这些元素将成为高熵钙钛矿氧化物的组成部分，通过仔细选择元素的比例和组成，以实现所需的电子结构和晶体结构，这包括确定金属元素和氧元素之间的化学键类型和键强。[0026] 优选地，上述步骤SS2中，所掺入的至少四种不同的金属元素为Mg、Ca、Zn、Ti、Sn、Al、Ga、In、Y、Zr、Nb、Ta、Bi中的至少四种。[0027] 优选地，上述子步骤SS21的操作a)中，所述硝酸盐溶液中元素A、B、M1、M2、M3、M4的摩尔比为A:B:M1:M2:M3:M4＝1:1:0.2:0.2:0.2:0.2。[0028] 优选地，上述子步骤SS21的操作b)中，所加入的乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)的摩尔比为EDTA:CA＝1:1或1:2。[0029] 优选地，上述子步骤SS21的操作c)中，所加入的氨水的量为使pH值达到7?8之间。[0030] 优选地，上述子步骤SS21的操作d)中，所述络合物溶液在150?200℃的温度条件下蒸发为胶状物。[0031] 优选地，上述子步骤SS22的操作f)中，所述前驱体在800?900℃的温度条件下煅烧若干小时。[0032] 优选地，上述子步骤SS22的操作g)中，所得到的高熵钙钛矿氧化物的粉末为经过球磨和筛分后得到粒径为1?10微米的均匀粉末。[0033] 优选地，上述子步骤SS23中，所述电解质材料为稳定的氧化锆。[0034] 优选地，上述子步骤SS23中，将所述高熵钙钛矿氧化物的粉末作为固体氧化物燃料电池的阴极材料并与电解质材料进行组装和测试，通过在高温条件下测试其性能，验证其金属?氧化物键的强度以及降低热膨胀系数的效果。[0035] 优选地，所选择的现有阴极材料为Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ，在其基础上设计B位高熵钙钛矿氧化物Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ来降低阴极材料的热膨胀系数并作为SOFC的阴极材料，具体为：[0036] 将Ba(NO3)2、Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、In(NO3)3·xH2O、Nd(NO3)3·6H2O作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，在磁力加热搅拌器上150?200℃加热并搅拌的条件下形成硝酸盐溶液；[0037] 待硝酸盐溶液变透明后，加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)，并使所有金属离子与EDTA和CA的摩尔比为1:2:4，使所有金属离子与EDTA和CA形成络合物；[0038] 向络合物溶液中加入适量的氨水调节pH值为6?8；[0039] 继续加热和搅拌所述络合物溶液，使其在200?250℃的温度条件下蒸发形成为胶状物；[0040] 将所述胶状物放入干燥箱中，并在250?300℃的温度条件下干燥5?24个小时得到前驱体；[0041] 将所述前驱体放入马弗炉中，以5?10K/min的速率加热到900?1000℃之间的温度条件进行煅烧，并保持5?24h；[0042] 待自然降温后取出所述前驱体，粉碎研磨及筛分处理后得到高熵钙钛矿氧化物Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ的粉末。[0043] 优选地，所选择的现有阴极材料为La0.8Sr0.2MnO3?δ，在其基础上设计A位高熵钙钛矿氧化物(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ来降低阴极材料的热膨胀系数并作为SOFC的阴极，具体为：[0044] 将La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2·4H2O作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，在磁力加热搅拌器上120?180℃加热并搅拌的条件下形成硝酸盐溶液；

[0045] 待硝酸盐溶液变透明后，加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)，并使所有金属离子与EDTA和CA的摩尔比为1:1:3，使所有金属离子与EDTA和CA形成络合物；[0046] 向络合物溶液中加入适量的氨水调节pH值为8?9；[0047] 继续加热和搅拌所述络合物溶液，使其在100?120℃下蒸发为胶状物；[0048] 将所述胶状物放入干燥箱中，并在200?250℃下干燥10?24h形成前驱体；[0049] 将所述前驱体放入马弗炉中，以1?10K/min的速率加热到600?800℃之间的温度条件进行煅烧，并保持10?24h；[0050] 待自然降温后取出所述前驱体，粉碎研磨及筛分处理后得到高熵钙钛矿氧化物(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ的粉末。[0051] 优选地，所选择的现有阴极材料为La0.5Sr0.5CoO3?δ，在其基础上设计B位高熵钙钛矿氧化物La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ来降低阴极材料的热膨胀系数并作为SOFC的阴极材料，具体为：[0052] 将La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Zr(NO3)4·5H2O、Y(NO3)3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，在磁力加热搅拌器上以100?150℃的温度条件加热并搅拌形成硝酸盐溶液；[0053] 待硝酸盐溶液变透明后，加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)，并使所有金属离子与EDTA和CA的摩尔比为1:2:2，使所有金属离子与EDTA和CA形成络合物；[0054] 向络合物溶液中加入适量的氨水调节pH值为6?9；[0055] 继续加热和搅拌所述络合物溶液，使其在100?150℃下蒸发为胶状物；[0056] 将所述胶状物放入干燥箱中，并在200?250℃的温度条件下干燥12?24个小时得到前驱体；[0057] 将所述前驱体放入马弗炉中，以5?10K/min的速率加热到600?1000℃之间的温度条件进行煅烧，并保持10?24h；[0058] 待自然降温后取出所述前驱体，粉碎研磨及筛分处理后得到高熵钙钛矿氧化物La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ粉末。[0059] (三)技术效果[0060] 同现有技术相比，本发明的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，具有以下有益且显著的技术效果：[0061] (1)降低热膨胀系数：高熵钙钛矿氧化物的设计策略允许引入多个不同的金属元素，这些元素具有不同的原子尺寸、电负性和氧化态。通过仔细选择和组合这些金属元素，可以实现一种晶体结构，其中金属?氧化物键的键强度和键长度适度变化。这种调节可以导致较低的阴极材料热膨胀系数，使其更适合高温应用，如固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极材料。[0062] (2)提高材料稳定性：高熵钙钛矿氧化物的复杂晶体结构和多元素取代可以提高材料的稳定性。这有助于减少热膨胀引起的结构损伤和界面降解，从而延长材料的寿命和性能。[0063] (3)提高导电性能：一些高熵氧化物可能具有优良的离子和电子导电性能，这对于SOFC等电化学应用非常重要。高导电性有助于降低电阻损失，提高电池的效率。[0064] (4)多功能性和可定制性：高熵氧化物的设计允许材料科学家灵活地选择材料的组成和晶体结构，以满足特定应用的要求。这种多功能性和可定制性使其适用于各种高温应用，如能源转换、催化和传感器等。[0065] (5)新材料探索：高熵钙钛矿氧化物的设计开辟了新的材料研究领域。科学家可以探索各种元素组合和晶体结构，以发现具有独特性质和潜在应用的新材料。[0066] (6)通过高熵钙钛矿氧化物的设计来调节金属?氧化物键，可以实现较低的阴极热膨胀系数，并具有改善材料稳定性、提高导电性能、多功能性、可定制性和新材料探索的优点。这使得高熵氧化物在高温应用中具有广泛的应用潜力。附图说明[0067] 图1所示为高熵氧化物的分子结构示意图；[0068] 图2所示为本发明的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法实施流程示意图；[0069] 图3所示为以Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ为阴极的SOFC在不同温度下的I?曲线图；[0070] 图4所示为以(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ为阴极的SOFC在不同温度下的I?曲线图；[0071] 图5所示为以La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ为阴极的SOFC在不同温度下的I?曲线图。具体实施方式[0072] 为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。[0073] 实施例1：[0074] 结合图2所示本发明的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法实施流程。通过在传统阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ的基础上设计B位高熵钙钛矿氧化物Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ来降低阴极材料的热膨胀系数，作为SOFC的阴极。合成方法如下：将Ba(NO3)2、Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、In(NO3)3·xH2O、Nd(NO3)3·6H2O作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，形成硝酸盐溶液。在磁力加热搅拌器上150?200℃加热并搅拌。待硝酸盐溶液变透明后，加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)。所有金属离子与EDTA和CA的摩尔比为1:2:4。加入适量的氨水调节pH值为6?8。等溶液在200?250℃下蒸发为胶状物后，放入干燥箱中250?300℃下干燥5?24个小时得到前驱体。将前驱体放入马弗炉中，以5?10K/min的速率加热到900?1000℃并保持5?24h，自然降温。研磨煅烧后粉末得到Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ粉末。制备的Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ和传统的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ的热膨胀系数对比如表1所示；制备的Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ阴极在以SDC为电解质的SOFC中的电池性能如图3所示。

[0075] 表1Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ的热膨胀系数对比[0076] 材料名称 热膨胀系数(10?6/K)Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3?δ 19.242

Ba0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Cu0.2In0.2Nd0.2)O3?δ 9.493

[0077] 实施例2：[0078] 结合图2所示本发明的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法实施流程。通过在传统阴极材料La0.8Sr0.2MnO3?δ的基础上设计A位高熵钙钛矿氧化物(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ来降低阴极材料的热膨胀系数，作为SOFC的阴极。合成方法如下：La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Sm(NO3)3·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2·4H2O作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，形成硝酸盐溶液。在磁力加热搅拌器上120?180℃加热并搅拌。待硝酸盐溶液变透明后，加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)。所有金属离子与EDTA和CA的摩尔比为1:1:3。加入适量的氨水调节pH值为8?9。等溶液在100?120℃下蒸发为胶状物后，放入干燥箱中200?250℃下干燥10?24个小时得到前驱体。将前驱体放入马弗炉中，以1?10K/min的速率加热到600?800℃并保持10?24h，自然降温。研磨煅烧后粉末得到(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ粉末。制备的

(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ和传统阴极材料La0.8Sr0.2MnO3?δ的热膨胀系数对比如表2所示；以(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ为阴极的SOFC的输出功率性能如图4。

[0079] 表2(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ和传统阴极材料La0.8Sr0.2MnO3?δ的热膨胀系数对比[0080] ?6材料名称 热膨胀系数(10 /K)

La0.8Sr0.2MnO3?δ 12.011

(La0.2Nd0.2Sm0.2Cu0.2Sr0.2)MnO3?δ 8.419

[0081] 实施例3：[0082] 结合图2所示本发明的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法实施流程。通过在传统阴极材料La0.5Sr0.5CoO3?δ的基础上设计B位高熵钙钛矿氧化物La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ来降低阴极材料的热膨胀系数，作为SOFC的阴极。合成方法如下：La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Zr(NO3)4·5H2O、Y(NO3)3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O作为阳离子来源以一定的摩尔比加入到纯净水中，形成硝酸盐溶液。

在磁力加热搅拌器上100?150℃加热并搅拌。待硝酸盐溶液变透明后，加入乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)。所有金属离子与EDTA和CA的摩尔比为1:2:2。加入适量的氨水调节pH值为6?9。等溶液在100?150℃下蒸发为胶状物后，放入干燥箱中200?250℃下干燥12?24个小时得到前驱体。将前驱体放入马弗炉中，以5?10K/min的速率加热到600?1000℃并保持

10?24h，自然降温。研磨煅烧后粉末得到La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ粉末。制备的La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ和传统阴极材料La0.5Sr0.5CoO3?δ的热膨胀系数对比如表3所示；以La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ为阴极的SOFC的输出功率性能如图5。

[0083] 表3La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ和传统阴极材料La0.5Sr0.5CoO3?δ热膨胀系数对比[0084] ?6材料名称 热膨胀系数(10 /K)

La0.5Sr0.5CoO3?δ 22.145

La0.5Sr0.5(Co0.2Fe0.2Zr0.2Y0.2Bi0.2)O3?δ 8.854

[0085] 本发明的调节固体氧化物燃料电池阴极热膨胀系数的方法，其工作原理为：高熵氧化物的设计旨在通过引入多个不同金属元素来调节金属和氧化学键的键强。这种设计策略的关键在于引入多元素取代，以实现多样性和复杂性，从而改变材料的电子结构和晶体结构。可以有效的调节金属和氧化学键键强，具体如下：[0086] (1)混合金属元素：高熵氧化物通常由多个不同的金属元素组成，而不是像传统材料那样仅含有一个或两个金属元素。这些混合金属元素可以具有不同的电负性和化学性质，因此它们之间的键强可能会有所不同。[0087] (2)多氧化态：不同金属元素可能具有不同的氧化态，这意味着它们能够以不同的方式与氧形成氧化物键。引入多个具有不同氧化态的金属元素可以在材料中引入不同类型的氧化物键。[0088] (3)晶格畸变：引入多个不同金属元素可能导致晶体结构的畸变，这可以影响金属?氧化物键的键长和键强。畸变晶格结构可能导致一些键更紧密，而另一些则更松散。[0089] (4)电子结构：不同金属元素的电子结构可以影响它们与氧之间的相互作用。一些金属元素具有未配对电子，而另一些具有不同的电子填充壳层，这会影响键的性质。[0090] (5)掺杂和取代：除了引入多种金属元素之外，高熵氧化物还可以通过掺杂或取代来引入其他元素。这些额外的元素可以在晶体结构中引入杂质或附加的键，从而影响金属?氧化物键的性质。[0091] 因此，可以通过合理的元素组成，对金属?氧化学键进行调节，使键能变强，获得具有较低热膨胀系数的阴极材料，使之与具有较低热膨胀系数的电解质材料匹配。[0092] 通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。