本发明专利技术提供了一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，其组成通式为Sr1‑xRxCoO3‑δ，其中：0.01≤x≤1.0，0≤δ≤0.5，所述R为Pr、Y、Nd、Dy或Gd。本发明专利技术还提供了一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，利用双螯合剂溶胶‑凝胶技术制备出颗粒均匀的所述中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，稳定了SrCoO3‑δ的钙钛矿结构，在空气中具有较高的电导率，在500‑800℃范围内表现出良好的催化活性，能与电解质LSGM和SDC保持良好的相容性，在中低温范围内显示出良好的稳定性和电化学性能。
Cathode material of medium low temperature solid oxide fuel cell and preparation method thereof
The present invention provides a cathode material for medium and low temperature solid oxide fuel cell. The general formula of the cathode material is Sr1_xRxCoO3_delta, in which: 0.01 < x < 1.0, 0 < delta < 0.5. The R is Pr, Y, Nd, Dy or Gd. The invention also provides a preparation method of cathode material for medium-low temperature solid oxide fuel cell. The cathode material for medium-low temperature solid oxide fuel cell with uniform particles is prepared by using double chelating agent sol-gel technique. The perovskite structure of SrCoO 3_delta is stabilized and the conductivity of the cathode material is high at 500 in air. The catalyst exhibited good catalytic activity in the range of 800 C, good compatibility with electrolytes LSGM and SDC, and good stability and electrochemical performance in the range of medium and low temperature.
【技术实现步骤摘要】
一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池的
，尤其涉及一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法。
技术介绍
化石能源的过度开采和环境污染的日益恶化，严重制约了社会经济的可持续发展，开发清洁高效的新能源势在必行。固体氧化物燃料电池作为一种安全、清洁、高效的新型能源转换装置日益受到人们的广泛关注。传统固体氧化物燃料电池通常在高温(800～1000℃)下运行，导致其稳定性差、寿命短和运行成本高等问题，降低运行温度有利于提高电池材料与接触材料的选择范围，降低运行成本。所以，将工作温度降至中低温(500～800℃)范围，成为固体氧化物燃料电池研究的热点之一。然而运行温度的降低，会导致电极材料的催化活性降低、极化阻抗增加而严重影响固体氧化物燃料电池的性能输出。因此，寻找和开发在中低温条件下具有良好催化活性且电极性能稳定的固体氧化物燃料电池阴极材料十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中固体氧化物燃料电池的钙钛矿氧化物阴极材料在运行过程中结构不稳定的问题，提供了一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法，该电池阴极材料钙钛矿结构稳定且具有良好的性能。本专利技术是这样实现的：本专利技术提供了一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，其组成通式为Sr1-xRxCoO3-δ，其中：0.01≤x≤1.0，0≤δ≤0.5，所述R为Pr、Y、Nd、Dy或Gd。本专利技术还提供了一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1、根据所述电池阴极材料的化学式，按化学计量比分别称取分析纯的元素Sr的硝酸盐、分析纯的元素R的硝酸盐和分析纯的元素Co的硝酸盐，所述R为Pr、Y、Nd、Dy或Gd；步骤2、将步骤1中称取好的物料溶解于去离子水中混合均匀，然后加入乙二胺四乙酸和柠檬酸作为双螯合剂，加入氨水，搅拌至均匀透明，得到混合溶液；步骤3、将步骤2得到的混合溶液，调节溶液PH值为8，在90℃～140℃的条件下加热，搅拌蒸发除去水分浓缩成干凝胶；步骤4、将步骤3得到的干凝胶均匀烘干得到黑色前驱体物料；步骤5、将步骤4得到的前驱体物料进行煅烧，然后研磨、焙烧即可得到电池阴极材料Sr1-xRxCoO3-δ粉末。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术提供的一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，利用稀土元素的掺杂稳定了钙钛矿结构，提高了阴极材料的电导率，特别适合用于中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，在中低温工作条件下表现出良好的性能，具体表现为：1、电极极化电阻低，在750℃的条件下，，极化电阻仅为0.06Ωcm2，而同等测试条件下的不掺杂稀土元素的普通钙钛矿氧化物阴极材料的极化电阻为2.1Ω.cm2；2、700℃的电导率为180S/cm，满足阴极材料工作条件下电导率大于100S/cm的要求。3、以上述阴极材料粉体为阴极，构造电解质支撑的单电池，测试工作温度在500-800℃范围内电池的I-V曲线，在800℃时，电池的开路电压为1.06V，功率密度为479mW/cm2，单电池具有较好的功率输出性能。4、以该专利技术的材料作为电极，适合用于以LSGM、SDC作为电解质组装电池，电极与电解质间能保持良好的相容性。5、本专利技术所述的制备方法得到的粉末颗粒细小且均匀分布，有利于提高中低温条件下阴极材料电催化活性，适合用于中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。附图说明图1为本专利技术实验例1提供的电池阴极材料Sr1-xYxCoO3-δ的X射线衍射图谱；图2为本专利技术实验例2提供的电池阴极材料Sr1-xYxCoO3-δ在300℃～800℃的电导率随温度变化关系图；图3为本专利技术实验例3提供的电池阴极材料Sr1-xYxCoO3-δ以LSGM为电解质的对称电池在不同温度下的极化电阻；图4为本专利技术实验例4提供的电池阴极材料Sr1-xYxCoO3-δ与电解质LSGM和SDC混合后950℃煅烧2小时的X射线衍射图谱；图5为本专利技术实验例5提供的电池阴极材料Sr1-xYxCoO3-δ为阴极，NiO-SDC为阳极构造的单电池的I-V曲线图。具体实施方式实施例1中低温固体氧化物燃料电池阴极材料Sr0.9Y0.1CoO3-δ的合成1、所述阴极材料通式Sr1-xRxCoO3-δ中，当R为Y且当x＝0.1时，为Sr0.9Y0.1CoO3-δ，按0.05molSr0.9Y0.1CoO3-δ的配比，分别称取9.523gSr(NO3)2(分析纯)、1.915gY(NO3)3·6H2O(分析纯)、14.554gCo(NO3)2·6H2O(分析纯)；2、将上述物料缓慢加入盛有200mL去离子水的烧杯中，使之完全溶解，搅拌均匀，将58.446gEDTA(分析纯)和19.214g柠檬酸(分析纯)依次加入混合溶液中充分搅拌，在所述混合溶液中逐滴加入NH3·H2O溶液，直到溶液变为透明，PH值调为8，然后加入去离子水至500mL；3、将上述装有溶液的烧杯放在磁力搅拌器上加热搅拌，温度设定为90℃，均匀搅拌至粘稠状胶体后，温度调整为120℃，进一步浓缩成干凝胶；4、然后将烧杯放入200℃的烘箱中干燥20小时，得到黑色前驱体物料。5、将上述前驱体物料放在马弗炉中400℃煅烧8小时，除去水分和部分有机物，得到黑色粉末，将黑色粉末取出，放入玛瑙研钵中，以酒精作为分散剂研磨均匀，然后盛入坩埚中；6、将坩埚置于1000℃的马弗炉中焙烧10小时得到所需要的阴极材料Sr0.9Y0.1CoO3-δ。实施例2中低温固体氧化物燃料电池阴极材料Sr0.8Y0.2CoO3-δ的合成1、所述阴极材料通式Sr1-xRxCoO3-δ中，当R为Y且当x＝0.2时，为Sr0.8Y0.2CoO3-δ，按0.05molSr0.8Y0.2CoO3-δ的配比，分别称取8.465gSr(NO3)2(分析纯)、3.829gY(NO3)3·6H2O(分析纯)、14.554gCo(NO3)2·6H2O(分析纯)；2、将上述物料缓慢加入盛有200mL去离子水的烧杯中，使之完全溶解，搅拌均匀，将58.446gEDTA(分析纯)和19.214g柠檬酸(分析纯)依次加入混合溶液中充分搅拌，在所述混合溶液中逐滴加入NH3·H2O溶液，直到溶液变为透明，PH值调为8，然后加入去离子水至500mL；3、将上述装有溶液的烧杯放在磁力搅拌器上加热搅拌，温度设定为90℃，均匀搅拌至粘稠状胶体后，温度调整为120℃，进一步浓缩成干凝胶；4、然后将烧杯放入200℃的烘箱中干燥20小时，得到黑色前驱体物料。5、将上述前驱体物料放在马弗炉中400℃煅烧8小时，除去水分和部分有机物，得到黑色粉末，将黑色粉末取出，放入玛瑙研钵中，以酒精作为分散剂研磨均匀，然后盛入坩埚中；6、将坩埚置于1000℃的马弗炉中焙烧10小时得到所需要的阴极材料Sr0.8Y0.2CoO3-δ。实施例3中低温固体氧化物燃料电池阴极材料Sr0.7Y0.3CoO3-δ的合成1、所述阴极材料通式Sr1-xRxCoO3-δ中，当R为Y且当x＝0.3时，为Sr0.7Y0.3CoO3-δ，按0.05molSr0.7Y0.3CoO3-δ的配比，分别称取7.407gSr(NO3)2(分析纯)、5.738gY(NO3)3·6H2O(分析纯)、14.554gCo(N本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，其组成通式为Sr1‑xRxCoO3‑δ，其中：0.01≤x≤1.0，0≤δ≤0.5，所述R为Pr、Y、Nd、Dy或Gd。
【技术特征摘要】
1.一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，其组成通式为Sr1-xRxCoO3-δ，其中：0.01≤x≤1.0，0≤δ≤0.5，所述R为Pr、Y、Nd、Dy或Gd。2.一种权利要求1所述的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、根据所述电池阴极材料的化学式，按化学计量比分别称取元素Sr的硝酸盐、元素R的硝酸盐和元素Co的硝酸盐，所述R为Pr、Y、Nd、Dy或Gd；步骤2、将步骤1中称取好的物料溶解于去离子水中混合均匀，然后加入乙二胺四乙酸和柠檬酸作为双螯合剂，加入氨水，搅拌至均匀透明，得到混合溶液；步骤3、将步骤2得到的混合溶液，调节溶液PH值为8，在90℃～140℃的条件下加热，搅拌蒸发除去水分浓缩成干凝胶；步骤4、将步骤3得到的干凝胶均匀烘干得到黑色前驱体物料；步骤5、将步骤4得到的前驱体物料进行煅烧，然后研磨、焙烧即可得到电池阴极材料Sr1-xRxCoO3-δ粉末。3.如权利要求2所述的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，混合溶液中EDTA：金属离子：柠檬酸的摩尔比为2：1：1。4.如权利要求2所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋龙，裴启明，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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