一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法技术

一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法，以La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O为原料，辅以柠檬酸和乙二醇为络合剂，溶解于去离子水中，后置于80℃水浴炉中恒温加热，直至成为凝胶，采用电脉冲处理后，在室温下，静置12h后，将其倒入坩埚中，经130℃干燥3h后，于800℃煅烧2h后，研磨成粉体，得到高性能La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3阳极材料。优点是：工艺简单，容易操作，可以改善固体氧化物燃料电池的电极材料性能，有助于获得小粒径的粉体，提高导电性，可作为高性能阳极材料应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法
本专利技术涉及一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法，特别涉及一种高性能La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3钙钛矿阳极材料的制备方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，化石燃料的短缺和它们自身带来的环境污染使得人们需要去寻找高效的能源转换方式和清洁的可替代新能源。钙钛矿型氧化物作为中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)的材料因其具有良好的结构和化学稳定性引起广泛关注。对于SOFCs的阳极材料来说，其对烃类燃料表现出的催化活性可以和传统的贵金属催化剂相媲美，且具有超强的抗积碳性和耐硫性。理想的钙钛矿型结构属于立方晶系，分子式为ABO3(rA>rB)。在此结构中，A阳离子位于立方体晶胞的顶点，周围有12个氧负离子；B阳离子位于氧八面体的中心，周围有6个氧负离子配位，氧原子处于立方体面心位置。通过对A位和B位部分掺杂不同价态或半径的阳离子，可使其具有多种多样的物理化学性能。目前，常用的钙钛矿型氧化物的制备方法有溶胶-凝胶法、固相反应法、共沉淀法、水热法、氧化物混合烧结法、盐分解法和反相微乳法等，其中溶胶-凝胶法因具有组分混合均匀性好，很容易实现均匀定量掺杂，且成相温度低，容易获得分散性较好、纯度较高的粉体。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法,，通过脉冲电磁场的施加，制备的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体，可以改善固体氧化物燃料电池的电极材料性能，有助于获得小粒径的粉体，提高导电性，可作为高性能阳极材料应用。本专利技术的技术解决方案是：一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法，其具体步骤如下：(1)制备ABO3型钙钛矿氧化物前驱体按摩尔比0.85:0.15:0.9:0.1称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O试剂，辅以柠檬酸和乙二醇为络合剂，以ABO3型钙钛矿氧化物总摩尔数:柠檬酸:乙二醇1:2:2.4摩尔比混合，并溶解于去离子水中，后置于80℃水浴炉中恒温加热，直至成为紫色凝胶，获得钙钛矿前驱体凝胶；(2)采用电脉冲处理装置，处理步骤(1)制备的钙钛矿前驱体凝胶，该装置包括：感应线圈，在感应线圈上、下两端有两根导线导出；器皿，放置在感应线圈内部，器皿内盛放钙钛矿前驱体凝胶，施加脉冲电磁场；电脉冲发生装置，其两个电流输出端分别与感应线圈上、下两端的导线连接，用于提供脉冲电流，在钙钛矿前驱体凝胶内部形成脉冲电磁场；将钙钛矿前驱体凝胶出放置于溶胶中，并将其置与电脉冲连接的感应线圈内，通过电脉冲设备发出的电流产生的脉冲电磁场，对所制备的钙钛矿前驱体凝胶进行脉冲电磁场处理，钙钛矿前驱体凝胶在脉冲电磁场作用下处理过程如图1所示，脉冲电磁场处理参数如下：脉冲电压为400V～600V，脉冲频率3Hz；处理结束后将经脉冲电磁场处理的钙钛矿前驱体凝胶在室温下，静置12h后，将其倒入坩埚中，经130℃干燥3h后，于800℃煅烧2h后，研磨成粉体。进一步的，脉冲电磁场处理时间为10min。进一步的，电脉冲处理参数脉冲电压为600V，脉冲频率3Hz，材料具有较高的导电率。进一步的，所述感应线圈的线圈直径为12cm、高为10cm，由直径为4mm的铜芯缠绕成一个10匝的感应线圈，铜芯外包裹直径为6mm的耐高温橡胶管。进一步的，所述电脉冲发生装置上还设置有电压控制面板和频率控制面板，用于调节脉冲参数。本专利技术的有益效果是：(1)采用溶胶-凝胶法制备La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3钙钛矿粉末，粒子间的团聚小，组分混合均匀性好，很容易实现均匀定量掺杂，且成相温度低，容易获得分散性较好、纯度较高的粉体；(2)脉冲电磁场具有输出峰值大，设备载荷小，设备安全可靠等优点，脉冲电磁场的施加有助于获得分布均匀、粒径小的LSCN粉体，并有效改善样品的结晶性能，从而改善了产品的导电率。附图说明图1是本专利技术的电脉冲处理装置的结构示意图；图中：1-电脉冲发生装置，101-电压控制面板，102-频率控制面板，2-感应线圈，3-烧杯，4-钙钛矿前驱体凝胶，5-导线；图2是本专利技术的对比例1未经脉冲处理和实施例1经脉冲处理的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体的XRD图谱；图3是本专利技术(对应对比例1)制备的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体的SEM图；图4是本专利技术的(对应实施例1)制备的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体的SEM图；图5是本专利技术的对比例1未经脉冲处理、实施例2和实施例3经脉冲处理的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体的XRD图谱；图6是本专利技术的(对应实施例2)制备的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体的SEM图；图7是本专利技术的(对应实施例3)制备的La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3粉体的SEM图。具体实施方式对比例11、LSCN湿凝胶体制备称量La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O摩尔质量分别为0.85mol、0.15mol、0.9mol、0.1mol，混合4mol柠檬酸和4.8mol乙二醇络合剂，充分搅拌溶解并于80℃水浴炉中恒温加热直至成为紫色凝胶；3、LSCN粉体制备将紫色凝胶在室温下静置12h后，将其倒入坩埚中，经130℃干燥3h，800℃煅烧2h后研磨成粉体。收集煅烧粉末，即得LSCN粉体(钙钛矿粉体)。粉体XRD衍射图谱如图2和图5所示。其扫描电镜形貌如图3所示，可知未经电脉冲处理，粉体颗粒粒径最大，尺寸在1.03μm-3.37μm左右，有明显的团聚现象，在视野中央有零星散落的小的团聚体，且分散性差。实施例11、LSCN湿凝胶体制备称量La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O摩尔质量分别为0.85mol、0.15mol、0.9mol、0.1mol，混合4mol柠檬酸和4.8mol乙二醇络合剂，充分搅拌溶解并于80℃水浴炉中恒温加热直至成为紫色凝胶；2、脉冲电磁场处理如图1所示，采用电脉冲处理装置，该装置包括：感应线圈2，线圈直径约12cm、高约10cm，由直径为4mm的铜芯缠绕成一个10匝的线圈，铜芯外包裹直径约为6mm的耐高温橡胶管，并有两根导线5从线圈上下两端导出。磁线圈内部放置烧杯3，烧杯中盛放钙钛矿氧化物凝胶4，施加脉冲电磁场；设置电脉冲发生装置上的电压控制面板101、频率控制面板102，调整电压、频率参数，将脉冲电磁场作用于钙钛矿型前驱体凝胶中；将制备好的紫色凝胶状钙钛矿置于感应线圈中，并将从线圈上下两端导出的两根导线与脉冲发生装置相连，调节脉冲发生器的控制面板(调节电压控制面板500V，频率控制面板3Hz，脉冲电磁场处理时间10min)；3、LSCN粉体制备将经过脉冲电磁场处理的产品在室温下静置12h后，将其倒入坩埚中，经130℃干燥3h，800℃煅烧2h后研磨成粉体。收集煅烧粉末，即得LSCN粉体(钙钛矿粉体)。粉体XRD衍射图谱如图2所示。由图可知，在2θ＝32.54°，对应(112)晶面的LSCN粉体的衍射峰明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：(1)制备ABO3型钙钛矿氧化物前驱体按摩尔比0.85:0.15:0.9:0.1称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O试剂，辅以柠檬酸和乙二醇为络合剂，以ABO3型钙钛矿氧化物总摩尔数:柠檬酸:乙二醇1:2:2.4的摩尔比混合，并溶解于去离子水中，后置于80℃水浴炉中恒温加热，直至成为凝胶，获得钙钛矿前驱体凝胶；(2)采用电脉冲处理装置，处理步骤(1)制备的钙钛矿前驱体凝胶，该装置包括：感应线圈，在感应线圈上、下两端有两根导线导出；器皿，放置在感应线圈内部，器皿内盛放钙钛矿前驱体凝胶；电脉冲发生装置，其两个电流输出端分别与感应线圈上、下两端的导线连接，用于提供脉冲电流，在钙钛矿前驱体凝胶内部形成脉冲电磁场；将钙钛矿前驱体凝胶出放置于溶胶中，并将其置与电脉冲连接的感应线圈内，通过电脉冲处理装置发出电流产生的脉冲电磁场，对所制备的钙钛矿前驱体凝胶进行脉冲电磁场处理，电脉冲处理参数如下：脉冲电压为400V～600V，脉冲频率3Hz；处理结束后，将经脉冲处理的钙钛矿前驱体凝胶在室温下，静置12h后，倒入坩埚中，经130℃干燥3h后，于800℃煅烧2h后，研磨成粉体，得到高性能La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3钙钛矿阳极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高性能钙钛矿阳极材料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：(1)制备ABO3型钙钛矿氧化物前驱体按摩尔比0.85:0.15:0.9:0.1称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)2·6H2O试剂，辅以柠檬酸和乙二醇为络合剂，以ABO3型钙钛矿氧化物总摩尔数:柠檬酸:乙二醇1:2:2.4的摩尔比混合，并溶解于去离子水中，后置于80℃水浴炉中恒温加热，直至成为凝胶，获得钙钛矿前驱体凝胶；(2)采用电脉冲处理装置，处理步骤(1)制备的钙钛矿前驱体凝胶，该装置包括：感应线圈，在感应线圈上、下两端有两根导线导出；器皿，放置在感应线圈内部，器皿内盛放钙钛矿前驱体凝胶；电脉冲发生装置，其两个电流输出端分别与感应线圈上、下两端的导线连接，用于提供脉冲电流，在钙钛矿前驱体凝胶内部形成脉冲电磁场；将钙钛矿前驱体凝胶出放置于溶胶中，并将其置与电脉冲连接的感应线圈内，通过电脉冲处理装置发出电流产生的脉冲电磁场，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐锦刚，乔思凡，张迪，王冰，赵作福，刘亮，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21