一种Ba2+缺位与Cu2+掺杂钙钛矿结构中温固态氧化物燃料电池阴极及其制备方法,属于能源材料领域。所述Ba2+缺位与Cu2+掺杂钙钛矿结构中温SOFC阴极化学式为PrBa1-xCo2-yCuyO6-δ，Ba2+缺位量x=0.02-0.1，Cu2+掺杂量y=0.2-1.5，δ为氧空位含量，随Ba2+缺位量与Cu2+掺杂量变化；本发明专利技术通过在PrBa1-xCo2-yCuyO6-δ中引入Ba2+缺位与Cu2+掺杂，阴极氧还原催化活性增强30%-60%，热膨胀系数（TEC）值降低20%-40%，SOFC阴极综合性能得到优化；该阴极材料由溶胶-凝胶方法制备，制备工艺简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Ba2+缺位与Cu2+，属于能源材料领域。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型绿色替代能源，将工作温度由1000°C高温降低至600-800°C中温范围，是目前SOFC领域的重要发展方向。随着SOFC工作温度的降低，阴极的氧还原催化活性下降，极化阻抗迅速增大，成为限制中低温SOFC输出功率的关键因素，因此，高氧还原催化活性是中温SOFC阴极必须具备的首要条件。钴基钙钛矿结构氧化物是重要的SOFC阴极材料，在700°C以上温度范围内具有高氧还原催化活性，但在7000C以下温度极化阻抗增大，不再满足SOFC对阴极催化活性的要求；此外，该类阴极材料的热膨胀系数(TEC)普遍较大，存在与Sm0.2Ce0.80L9 (SDChGdaiCea9Oh95 (GDC)等中温SOFC电解质材料TEC失配问题，容易导致SOFC制备与运行过程中的电池开裂与性能恶化。因此，提高氧还原催化活性并降低其TEC值是钴基钙钛矿结构中温SOFC阴极材料目前亟待解决的关键问题。
技术实现思路
为了解决钴基钙钛矿结构中温SOFC阴极材料目前存在的氧还原催化活性低与TEC过高问题，本专利技术提供一种Ba2+缺位与Cu 2+掺杂钙钛矿结构中温SOFC阴极材料及其制备方法；所述Ba2+缺位与Cu 2+掺杂钙钛矿结构SOFC阴极材料化学分子式为PrBahCcvyCuyCVs，Ba2+缺位量 χ=0.02-0.1，Cu 2+掺杂量 y=0.2-1.5，δ 为氧空位含量，随Ba2+缺位量与Cu 2+掺杂量变化；所述PrBa PxCcvyCuyCVs阴极材料由溶胶_凝胶方法制备，制备工艺简单；本专利技术通过在PrBahCcvyCuyCVs氧化物中引入Ba2+缺位与Cu 2+掺杂，提高SOFC阴极的氧还原催化活性并降低TEC值，实现阴极综合性能优化。本专利技术采用的技术方案是:一种Ba2+缺位与Cu2+掺杂钙钛矿结构氧化物中温SOFC阴极材料，其化学分子式为PrBahCcvyCuyCVs，其中，Ba2+缺位量χ=0.02-0.1，Cu 2+掺杂量7=0.2-1.5，δ为氧空位含量，随Ba2+缺位量与Cu 2+掺杂量变化；上述PrBa ^CcvyCuyO5+s阴极材料由溶胶-凝胶方法制备； 所述PrBahCcvyCuyCVs中温SOFC阴极材料的溶胶-凝胶制备方法，具体制备步骤如下: 根据PrBa^xCcvyCuyCVs (x=0.02-0.1, y=0.2-1.5)中金属离子的化学计量比以及拟合成 PrBahCcvyCuyO6- s 粉体的质量，称取 Pr (NO 3) 3.6H20、Ba (NO3) 2、Co (NO3) 2.6H20 与Cu (NO3) 2.6Η20试剂，按照乙二胺四乙酸(EDTA):全部金属离子:柠檬酸摩尔比为1: 1:2称取EDTA和柠檬酸试剂；将EDTA溶于去离子水中，加入氨水调节pH ^ 6，得到EDTA-氨水溶液，该溶液中去离子水的体积由需要溶解的EDTA与金属硝酸盐的质量决定；然后将Ba(N03)2、Pr (NO3) 3.册20、Co (NO3) 2.6Η20、Cu (NO3)2.6Η20 加入到 EDTA-氨水溶液中，得到 EDTA-金属硝酸盐溶液；将柠檬酸溶于去离子水中，加入氨水调节PH ~ 6，得到柠檬酸-氨水溶液，该溶液中去离子水的体积由溶解柠檬酸的质量决定；将该柠檬酸-氨水溶液加入到EDTA-金属硝酸盐溶液中混合均匀，得到前驱体溶液；将此前驱体溶液70-100°C下加热搅拌8-15小时、150°C _250°C下加热5-10h，获得前驱体粉体；将该粉体在空气中进行高温烧结，烧结条件是:以4-10°C /分钟速率升温至500-600 °C保温5-10小时、900-1000 °C保温2_6小时，然后自然降温，获得钙钛矿结构PrBahCcvyCuyCVs纯相粉体。本专利技术的有益效果是-PrBahCcvyCuyCVs阴极材料通过引入Ba2+缺位能够提高氧化物的氧空位浓度，氧空位浓度的增大有利于增强SOFC阴极的氧还原催化活性。钴基钙钛矿结构氧化物TEC高的主要原因是由于Con+ (n=2，3，4)易于还原变价，该阴极材料中以价态稳定的Cu2+离子部分取代Co n+离子，能够有效降低PrBa PxCcvyCuyCVs阴极的TEC值，提高与电解质材料的TEC匹配，从而提高阴极的结构与性能稳定性。通过Ba2+缺位与Cu 2+掺杂相结合，PrBahCcvyCuyCVs阴极的氧还原催化活性增强30%_60%，TEC值降低20% - 40%，阴极材料的氧还原催化活性以及结构稳定性均得到优化。该阴极材料由溶胶-凝胶方法制备，制备工艺简单。【具体实施方式】下面通过具体实施例做进一步描述。利用溶胶-凝胶方法合成PrBa Q.92CoCu06_s钙钛矿结构中温SOFC阴极材料，该阴极材料中Ba2+缺位量χ=0.08，Cu 2+掺杂量y=l.0。按照合成0.0lmol PrBaa92CoCu06_s 金属离子计量比称取 Pr (NO 3)3.6H20 4.350g、Ba (NO3) 2 2.404 g、Co (NO3) 2.6H20 2.910g、Cu (NO3) 2 2.416g,按照 EDTA:全部金属离子:柠檬酸摩尔比为1:1:2称取EDTA 11.4558g、柠檬酸16.4749g ；将EDTA溶于200ml去离子水中，加入氨水调节pH ^ 6，得到EDTA-氨水溶液；然后将上述Ba (NO3) 2、Pr (NO3) 3*6H20, Co (NO3) 2.6Η20 与 Cu (NO3)2.6Η20 试剂加入到 EDTA-氨水溶液中，进行搅拌使试剂完全溶解，得到EDTA-金属硝酸盐溶液；将上述柠檬酸试剂溶于10ml去离子水中，加入氨水调节pH ^ 6，得到柠檬酸-氨水溶液；将该柠檬酸-氨水溶液加入到上述EDTA-金属硝酸盐溶液中，搅拌混合，得到前驱体溶液；将此前驱体溶液在80°C下加热搅拌10小时、250°C下保温10小时，获得前驱体粉体；将该粉体在空气中以5°C /分钟升温速率加热至600°C保温6小时、950°C保温3小时，然后自然降温至室温，获得正交相钙钛矿结构PrBaQ.92CoCu06_s纯相阴极粉体。上述PrBa Q.92CoCu06_s的热膨胀系数为18.5X10 l—1，比没有Ba2+缺位和Cu2+掺杂原始阴极材料PrBaCo 206_s的热膨胀系数减小25% ;在⑶C电解质上PrBaQ92CoCu06_s 阴极 600°C、650°C 下的比表面阻抗分别为 0.12 Ω cm 2 与 0.059 Ω cm2,相对于没有Ba2+缺位和Cu2+掺杂的PrBaCo 206_s原始阴极材料，氧还原催化活性增强40%以上。【主权项】1.一种Ba2+缺位与Cu2+掺杂钙钛矿结构中温固态氧化物燃料电池阴极，其特征在于:所述的Ba2+缺位与Cu 2+掺杂中温固态氧化物燃料电池阴极化学式为PrBa PxCcvyCuyCVs，其中Ba2+缺位量x=0.02-0.1，Cu2+掺杂量y=0.2-1.5，δ为氧空位含量，δ随Ba2+缺位量χ与Cu2+掺杂量y变化。2.根据权利要求1所述的一种Ba本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ba2+缺位与Cu2+掺杂钙钛矿结构中温固态氧化物燃料电池阴极, 其特征在于：所述的Ba2+缺位与Cu2+掺杂中温固态氧化物燃料电池阴极化学式为PrBa1‑xCo2‑yCuyO6‑δ，其中Ba2+缺位量x=0.02‑0.1，Cu2+掺杂量y=0.2‑1.5，δ为氧空位含量，δ随Ba2+缺位量x与Cu2+掺杂量y变化。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜雪宁，师玉超，周文龙，贾国强，王姣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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