本发明专利技术公开了一种用天然农用硝酸稀土材料以及和过渡金属氧化物复合材料为隔膜制造低温氧化物燃料电池。简单地将天然农用硝酸稀土材料在500-800℃煅烧1-10小时，直接用于燃料电池。或进一步用共沉淀法和燃烧法改性制备稀土材料以及和过渡金属氧化物如固体氧化物燃料电池的阴极钙钛矿材料和高能锂电池阴极钴镍铝锂氧化物混合作为燃料电池电极材料以及单部件燃料电池的核心材料。本发明专利技术的材料为电池隔膜分别组装成农用稀土材料和改性产物以及它们和过渡金属氧化物复合材料为隔膜的不同类型燃料电池，可在300-600℃输出功率密度300-1250毫瓦/平方厘米。由于采用了廉价原料、简单的燃料电池制造工艺，以及低的工作温度，使固体氧化物燃料电池成本大大降低、使用效果好，便于大量推广使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池(SOFC)
，具体涉及对用农用硝酸稀土以及对其改性的产物和过渡金属氧化物复合材料为隔膜的低温固体氧化物燃料电池。金属氧化物燃料电池阴极的钙钛矿材料和钴镍锂氧化物加载金属氧化物，发展高性能低温，300-600℃固体氧化物燃料电池。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)由于迄今为止证实的最高能源转换效率和它的环境友好的双重优势而倍受青睐。在近几十年，一直受到国家的重视，成为本世纪十大攻关技术之一。目前固体氧化物燃料电池发展主要是解决其高造价达到商业化的目标。SOFC的技术已经成功地工业示范，但是其上千度高温的操作，导致其昂贵的造价。因此在近一、二十年，国际攻关主流是用薄膜技术对传统的钇稳定的二氧化锆(YSZ)电解质进行减薄，减少其内阻，达到降低温度的目的发展低温固体氧化物燃料电池以期降低它的高造价，达成商业化的目标。经过近二十年的努力，仍然没有解决。我们的方案是发展先进纳米复合功能材料，在低温下另一方面，最近出现的一种新型构型的无电解质燃料电池，只是一个部件，不要电解质隔膜也不用阳极、电解质、阴极结构三部件构型，其简单的结构和技术，除去了电解质的限制和对操作温度的要求，显示了巨大的商机和燃料电池产业化的前景。文献Advanced Functional Materials and Energy Enviornmental Science报道了基于半导体和离子导体材料的均匀混合的单部件成功获得了传统阳极。电解质和阴极三部件燃料电池相当的燃料电池性能。Nature Nanotechnology选为研究亮点报道并命其名名为“三合一Three in One”.在无电解质燃料电池的单部件材料中，合适的半导体和离子导体材料的配比和匹配是决定性的因素。从燃料电池构造来划分，我们有可以把上述两种构型的燃料电池简单地划分为传统的离子电解质为隔膜为传统的燃料电池和半导体-离子材料为隔膜的燃料电池称为新型燃料电池.但是按照传统燃料电池的科学，半导体的电子导电性是不可能用为燃料电池隔膜的，因为其电子电导必然导致燃料电池的短路和功率损失.可是大量的实验和文献报道证明，这是可行的，不产生短路，而且，由于去除了离子电解质导体和阳极和阴极的电子导体之间没有界面，减少了电荷疏运的极化电阻损失，产生了更好的燃料电池性能.中国专利号201010593786.4提出了采用掺杂氧化铈和商业钴镍锂氧化物复合
材料半导体离子复合材料为隔膜构造新型燃料电池，并取得了良好的性能。但是广泛的稀土材料特别是天然的廉价稀土原料还远远没有开发使用。本专利技术采用廉价的农用硝酸稀土为原料，制备高性能燃料电池特别是低温300-600℃固体氧化物燃料电池(SOFC)度隔膜材料还是首次。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用农用硝酸稀土制备的氧化物和改性的稀土氧化物产物以及它们和金属氧化物复合材料制备成燃料电池的隔膜材料.金属氧化物为钙钛矿氧化物：例如镧(钡)锶钴铁(La(Ba)SrCoFe)氧化物以及商业镍钴铝锂氧化物，解决SOFC燃料电池在低温(300-600℃)下操作的技术问题。直接厂家购买的农用硝酸稀土直接600-800℃2小时烧结得到相应的氧化物(Ce-63％ La-34％ Nd-2％ Pr-1％)。本专利技术是这样实现的。本专利技术的燃料电池隔膜材料的制备：第1类为用农用硝酸稀土制备的氧化物或通过其改性的稀土氧化物产物.具体步骤如下：1)农用稀土氧化物是由商业购买的农用硝酸稀土直接在500-900℃热处理1-10小时获得。2)将天然农用硝酸稀土溶液用碳酸钠沉淀，经过抽滤，干燥在500-800℃煅烧1-10小时，获得.3)加入额外的稀土元素和碱土元素改性天然农用硝酸稀土溶液用碳酸钠沉淀，经过抽滤，干燥在500-800℃煅烧1-10小时，获得.第2类或用第1类材料或进一步改性农用硝酸稀土进一步和金属氧化物与钙钛矿或者镍钴锂或者镍钴锂铝氧化物的复合材料，可以通过以下方法制备干法直接混合将上述制备的第1类材料分别和商业钙钛矿或者镍钴镍锂氧化物按照不同的重量比在1-95％之间称量；加入溶剂酒精或丙酮也可以不加，两种直接进行混合，用球磨机研磨24小时。得到含农用稀土氧化物(改性或直接获得)和商业钙钛矿氧化物或钴镍锂氧化物的复合材料；湿法混合(1)共沉淀法将农用硝酸稀土材料溶于水并将商业钙钛矿或者钴镍(铝)锂氧化物按照不同的重量在1-95℃之间称量，加入硝酸稀土材料溶液中，在90℃加热进行充分的搅拌，用碳酸钠为沉淀剂。洗涤，过滤，干燥之
后放在马夫炉中加热至500-850℃，烧结1一10小时，即获得含农用稀土氧化物和商业钙钛矿或者镍钴(铝)锂氧化的复合材料。(2)燃烧法将农用硝酸稀土材料溶于水并将商业钙钛矿或者钴镍(铝)锂氧化物按照不同的重量在1-95℃之间称量，加入硝酸稀土材料溶液中，在90℃加热进行充分的搅拌，并加入燃烧剂如柠檬酸，。搅拌均匀后，将粘稠的凝胶放在马夫炉中加热至300-500℃，料体燃烧去除可燃物质，得到蓬松的微细粉体；继续加热到500-850℃，烧结1-10小时，即获得含农用稀土氧化物和商业钙钛矿或者镍钴(铝)锂氧化物的复合材料。如此得到的农用稀土氧化物或改性稀土氧化物或者它们和商业钙钛矿或钴镍锂氧化物的复合材料可用于燃料电池隔膜材料并获得优异的电池性能。燃料电池是用上述的粉体材料直接压制在两片涂覆镍钴(铝)锂氧化物的泡沫镍之间，10-30MPa压力下成型片状燃料电池.在500-600℃下预烧结0.5-2.0小时也可不烧结直接测量。与现有的氧化物燃料电池材料相比，本专利技术具有以下突出优点：1.本专利技术使用廉价的农用稀土材料制备燃料电池，有利于大大降低成本。2.本专利技术中的简单构造，和一步成型法，解决了燃料电池阳极、电解质和阴极的复杂构造，也避免了这些材料直接的化学和物理特性的匹配难题.3.特别是混合农用稀土和金属氧化物的电子-离子导电隔膜的使用，去除了传统电解质离子导电的限制，无疑可以将SOFC的技术进一步推向低温、高性能，降低了制造成本，为进一步发展具有市场竞争性SOFC的产品开辟了一条新的路子。4.因为电子离子混合复合隔膜材料，其构造的燃料电池没有材料的匹配难题，也没有传统SOFC陶瓷的热脆裂缺点使低温、高性能SOFC技术的实现更拓展了其在交通和移动电源、动力的应用，而不仅仅限于传统的SOFC在固定电站的使用范围。5.本专利技术提出的新的材料设计和发展方法，打破了传统SOFC构造阳极，阴极和电解质多种材料，而使用混合的半导体金属氧化物-离子氧化物，提供了广阔的新型功能材料发展空间和自由度。本专利技术隔膜材料实现了高性能的300-600℃低温固体氧化物燃料电池，至今还没有见到使用农用稀土氧化物燃料电池类似的相关报道。构造的低温(300-600℃)燃料电池材料成本低廉，不用贵金属做集电极和催化剂，半导体离子隔膜材料避免了材料匹配的技术难题，提高了性能。本专利技术为固体氧化物燃料电池向低温化、商业化做出了实破性的贡献。已做的数百例实验结果证实本专利技术具有普遍性和优越性。附图说明图1是燃料电池的示意图。图2是农用稀土氧化物隔膜的燃料电池性能，a)农用硝酸稀土800C直接2小时获得的隔膜材料；b)农用硝酸稀土改性用碳酸钠沉淀本文档来自技高网...
【技术保护点】
直接用农用硝酸稀土为原料制备高性能的燃料电池核心材料以及高性能的燃料电池，特征在于材料组成为：(1)用稀土氧化物作为燃料电池的隔膜；(2)农用硝酸稀土和钙钛矿氧化物：例如镧(钡)锶钴铁(La(Ba)SrCoFe)氧化物或者商业镍钴铝锂氧化物形成的复合材料为燃料电池的隔膜材料。
【技术特征摘要】
1.直接用农用硝酸稀土为原料制备高性能的燃料电池核心材料以及高性能的燃料电池，特征在于材料组成为：(1)用稀土氧化物作为燃料电池的隔膜；(2)农用硝酸稀土和钙钛矿氧化物：例如镧(钡)锶钴铁(La(Ba)SrCoFe)氧化物或者商业镍钴铝锂氧化物形成的复合材料为燃料电池的隔膜材料。2.根据权利要求1所述的农用稀土氧化物是由商业购买的农用硝酸稀土直接在500-900度热处理1-10小时获得。3.根据权利要求1所述的钙钛矿氧化物为La，Ba，Sr，Co，Fe，Mn，Mo，元素构成的钙钛矿结构的氧化物。4.根据权利要求1所述的商业钴镍锂氧化物是商业购买的镍钴锂或者镍钴锂铝氧化物。5.根据权利要求1所述的农用稀土氧化物与钙钛矿或者镍钴锂或者镍钴锂铝氧化物的复合氧化物可以通过以下几种方法制备：(1)将天然农用硝酸稀土材料在500-800℃煅烧1-10小时，直接获得；(2)将天然农用硝酸稀土溶液用碳酸钠沉淀，经过抽滤，干燥在500-800℃煅烧1-10小时，直接获得；(3)改性制备稀土材料。6.根据权利要求1所述的农用稀土氧化物与钙钛矿或者镍钴锂或者镍钴锂铝氧化物的复合氧化物可以通过以下方法制备：干法直接混合将上述制备的农用稀土氧化物和商业钙钛矿或者镍钴镍锂氧化物按照不同的重量比在1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，陆玉正，
申请(专利权)人：南京蕴纳纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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