基于Ag‑SrTiO3电极的对称SOFC及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于Ag‑SrTiO3电极的对称SOFC，包括电解质、阴极和阳极，阴极和阳极分别涂覆于电解质两侧，电解质为Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)，阴极和阳极均为Ag‑SrTiO3电极，Ag‑SrTiO3电极以粉体Ag‑SrTiO3为原料，粉体Ag‑SrTiO3是按照银占金属元素的质量比为5‑20wt％将Ag

【技术实现步骤摘要】
基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC及制备方法
本专利技术属于固体氧化物燃料电池
，特别是涉及一种基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC及制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能把燃料和氧化剂中的化学能直接而连续地转化为电能的全固体组件能量转化装置，在各类燃料电池中，固体氧化物燃料电池具有系统结构简单、电转换效率高、对环境友好、适用燃料范围广及寿命长等独特的优点。在大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航空航天等领域有着广泛的应用前景，被公认为具有良好发展前景的新型发电技术。尽管SOFC技术目前已取得了重大进展，但要实现商业化应用，还有许多工作要做。这主要是因为已开发的装置工作温度过高，造成组成材料间的热膨胀系数难以匹配，电池堆长期运行的稳定性差。因此，降低SOFC的操作温度至中温，是这一技术目前的研究焦点。由于SOFC阳极和阴极的工作环境不同，因而对其性能要求也不相同，例如阳极材料要求在还原性气氛中稳定，阴极材料要求在氧化性气氛中稳定，同时还要求阳极和阴极都有一定的电导率、强度等，目前对于非对称结构的SOFC来说，其主要问题是当使用含碳燃料时，阳极部位的积碳会导致电池性能的迅速衰减，同时电池组成材料的增加也带来加工的复杂。若使用对称结构的SOFC，组成上只有电解质和电极两种材料体系，能降低制作过程的工艺难度，当产生积碳后还可以调换电极功能，可以容易地清除积碳，保障电池性能稳定。而对称SOFC的主要难点在于选择合适的电极材料使其可以在阴极的氧化气氛中和阳极的还原气氛中均保持稳定，对氧气还原和氢气氧化反应同时具有良好的催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC，构思了稳定钙钛矿材料中负载纳米金属催化剂的思路，制备复合电极，组装对称电池，并研究其性能。本专利技术以SrTiO3(STO)负载纳米Ag复合材料作电极构建对称SOFC，由于STO在很宽的氧分压和温度范围内能保持结构和性质的稳定，成为SOFC阳极材料的候选者。STO电导率很低，不能直接用于阳极材料；但缺位STO或者Mg、La等掺杂STO可有效的提高其材料的电导率，并且STO是全陶瓷部件，在高温下有较高的化学稳定性和结构稳定性，也具备较高的电导率。本专利技术还提供了所述基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC的制备方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC，包括电解质、阴极和阳极，所述阴极和所述阳极分别涂覆于所述电解质两侧，所述电解质为Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)，所述阴极和所述阳极均为Ag-SrTiO3电极，所述Ag-SrTiO3电极以粉体Ag-SrTiO3为原料，所述粉体Ag-SrTiO3是按照银占金属元素的质量比为5-20wt％将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰STO得到的。本专利技术所述的基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC，其中，所述粉体Ag-SrTiO3是按照银占金属元素的质量比为15wt％将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰STO得到的。本专利技术所述的基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC的制备方法，包括以下步骤：(一)粉体的制备(1)柠檬酸自蔓延燃烧法制备STO粉体：称取Sr(NO3)3于烧杯中，用去离子水溶解后加入相应体积的钛酸丁酯，再加入柠檬酸，然后加入15-20ml氧化剂HNO3，用玻璃棒搅拌至颗粒溶解，用氨水调节pH为7-9，再搅拌至溶液澄清；转移溶液至蒸发皿，将蒸发皿置于电炉上加热浓缩溶液，直至发生自蔓延燃烧反应，将粉体煅烧1000-1100℃保温3-4h制得初始粉体STO；(2)水热法制备Ag-SrTiO3粉体：采用水热法将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰STO，制得粉体Ag-SrTiO3；(3)柠檬酸自蔓延燃烧法制备电解质GDC粉体：分别称取Gd(NO3)3和Ce(NO3)3加入去离子水溶解，再加入柠檬酸，然后加入15-20ml氧化剂HNO3，搅拌至颗粒溶解，用氨水调节pH为7-9，再搅拌至溶液澄清，转移溶液至蒸发皿，将蒸发皿置于电炉上加热浓缩溶液，直至发生自蔓延燃烧反应，将粉体煅烧700-800℃保温3-4h制得初始粉体GDC；(二)对称电极的制备(a)Ag-SrTiO3电极浆料的制备：分别称取步骤(2)中制备的所述粉体Ag-SrTiO3和步骤(3)中制备的所述GDC粉体按质量比1：1的比例加入玛瑙研钵中，再称取质量为上述粉体的2倍的粘结剂，加入玛瑙研钵中研磨2-3h，得到电极浆料备用；(b)电解质GDC片的制备：称取研磨均匀的步骤(3)中所述粉体GDC压出圆片，最后在马沸炉中1400-1500℃烧结5-6h得到GDC电解质片；(c)单电池的制备：分别将步骤(a)中制备的所述电极浆料均匀的涂覆在步骤(b)中烧结的所述GDC电解质片的两面作对称电池，阴极和阳极分别重复涂刷4次，置于烘箱中烘干，最后在马沸炉中800-900℃煅烧3-4h；再将导电银浆均匀的涂覆在对称电池的阴阳极上，置于烘箱中烘干，得到单电池；(三)单电池的组装采用导电胶为封接剂，将步骤(c)中制备的单电池封装在一尺寸相当的竹管一端，用银线作为阴极和阳极电流引线，得到基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC。本专利技术所述的基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC的制备方法，其中，包括以下步骤：(一)粉体的制备(1)柠檬酸自蔓延燃烧法制备STO粉体：称取Sr(NO3)3于烧杯中，用去离子水溶解后加入相应体积的钛酸丁酯，再加入柠檬酸，然后加入15ml氧化剂HNO3，用玻璃棒搅拌至颗粒溶解，用氨水调节pH为7-9，再搅拌至溶液澄清；转移溶液至蒸发皿，将蒸发皿置于电炉上加热浓缩溶液，直至发生自蔓延燃烧反应，将粉体煅烧1000℃保温3h制得初始粉体STO；(2)水热法制备Ag-SrTiO3粉体：采用水热法将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰STO，制得粉体Ag-SrTiO3；(3)柠檬酸自蔓延燃烧法制备电解质GDC粉体：分别称取Gd(NO3)3和Ce(NO3)3加入去离子水溶解，再加入柠檬酸，然后加入15ml氧化剂HNO3，搅拌至颗粒溶解，用氨水调节pH为7-9，再搅拌至溶液澄清，转移溶液至蒸发皿，将蒸发皿置于电炉上加热浓缩溶液，直至发生自蔓延燃烧反应，将粉体煅烧700℃保温3h制得初始粉体GDC；(二)对称电极的制备(a)Ag-SrTiO3电极浆料的制备：分别称取质量比为9：1的松油醇和乙基纤维素，置于烧杯中，60℃的水浴锅中溶解24h作为粘结剂待用；分别称取步骤(2)中制备的所述粉体Ag-SrTiO3和步骤(3)中制备的所述GDC粉体按质量比1：1的比例加入玛瑙研钵中，再称取质量为上述粉体的2倍的粘结剂，加入玛瑙研钵中研磨2h，得到电极浆料备用；(b)电解质GDC片的制备：称取研磨均匀的步骤(3)中所述粉体GDC压出圆片，最后在马沸炉中1400℃烧结5h得到GDC电解质片；(c)单电池的制备：分别将步骤(a)中制备的所述电极浆料均匀的涂覆在步骤(b)中烧结的所述GDC电解质片的两面作对称电池，阴极和阳极分别重复涂刷4次，置于烘箱中烘干，最后在马沸炉中800℃煅烧3h；再将导电银浆均匀的涂覆在对称电池的阴阳极上，置于烘箱中烘干，得到单电池；(三)单电池的组装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ag‑SrTiO3电极的对称SOFC，其特征在于：包括电解质、阴极和阳极，所述阴极和所述阳极分别涂覆于所述电解质两侧，所述电解质为Ce0.8Gd0.2O1.9，所述阴极和所述阳极均为Ag‑SrTiO3电极，所述Ag‑SrTiO3电极以粉体Ag‑SrTiO3为原料，所述粉体Ag‑SrTiO3是按照银占金属元素的质量比为5‑20wt％将Ag

【技术特征摘要】
1.一种基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC，其特征在于：包括电解质、阴极和阳极，所述阴极和所述阳极分别涂覆于所述电解质两侧，所述电解质为Ce0.8Gd0.2O1.9，所述阴极和所述阳极均为Ag-SrTiO3电极，所述Ag-SrTiO3电极以粉体Ag-SrTiO3为原料，所述粉体Ag-SrTiO3是按照银占金属元素的质量比为5-20wt％将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰SrTiO3得到的。2.根据权利要求1所述的基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC，其特征在于：所述粉体Ag-SrTiO3是按照银占金属元素的质量比为15wt％将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰SrTiO3得到的。3.权利要求1或2所述的基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)粉体的制备(1)柠檬酸自蔓延燃烧法制备SrTiO3粉体：称取Sr(NO3)3于烧杯中，用去离子水溶解后加入相应体积的钛酸丁酯，再加入柠檬酸，然后加入15-20ml氧化剂HNO3，用玻璃棒搅拌至颗粒溶解，用氨水调节pH为7-9，再搅拌至溶液澄清；转移溶液至蒸发皿，将蒸发皿置于电炉上加热浓缩溶液，直至发生自蔓延燃烧反应，将粉体煅烧1000-1100℃保温3-4h制得初始粉体SrTiO3；(2)水热法制备Ag-SrTiO3粉体：采用水热法将Ag+还原为纳米Ag颗粒修饰SrTiO3，制得粉体Ag-SrTiO3；(3)柠檬酸自蔓延燃烧法制备电解质Ce0.8Gd0.2O1.9粉体：分别称取Gd(NO3)3和Ce(NO3)3加入去离子水溶解，再加入柠檬酸，然后加入15-20ml氧化剂HNO3，搅拌至颗粒溶解，用氨水调节pH为7-9，再搅拌至溶液澄清，转移溶液至蒸发皿，将蒸发皿置于电炉上加热浓缩溶液，直至发生自蔓延燃烧反应，将粉体煅烧700-800℃保温3-4h制得初始粉体Ce0.8Gd0.2O1.9；(二)对称电极的制备(a)Ag-SrTiO3电极浆料的制备：分别称取步骤(2)中制备的所述粉体Ag-SrTiO3和步骤(3)中制备的所述Ce0.8Gd0.2O1.9粉体按质量比1：1的比例加入玛瑙研钵中，再称取质量为上述粉体的2倍的粘结剂，加入玛瑙研钵中研磨2-3h，得到电极浆料备用；(b)电解质Ce0.8Gd0.2O1.9片的制备：称取研磨均匀的步骤(3)中所述粉体Ce0.8Gd0.2O1.9压出圆片，最后在马沸炉中1400-1500℃烧结5-6h得到Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片；(c)单电池的制备：分别将步骤(a)中制备的所述电极浆料均匀的涂覆在步骤(b)中烧结的所述Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片的两面作对称电池，阴极和阳极分别重复涂刷4次，置于烘箱中烘干，最后在马沸炉中800-900℃煅烧3-4h；再将导电银浆均匀的涂覆在对称电池的阴阳极上，置于烘箱中烘干，得到单电池；(三)单电池的组装采用导电胶为封接剂，将步骤(c)中制备的单电池封装在一尺寸相当的竹管一端，用银线作为阴极和阳极电流引线，得到基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC。4.根据权利要求3所述的基于Ag-SrTiO3电极的对称SOFC的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)粉体的制备(1)柠檬酸自蔓延燃烧法制备SrTiO3粉体：称取Sr(NO3)3于烧杯中，用去离子水溶解后加入相应体积的钛酸丁酯，再加入柠...

【专利技术属性】
技术研发人员：全桂英，陈钉，宋雨蔷，张晶晶，田冬，
申请(专利权)人：淮南师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34