一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池技术

本发明专利技术提供了一种固体氧化物电池燃料极材料，具有式I所示化学式：M2Fe

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池


[0001]本专利技术属于固体氧化物电池
，尤其涉及一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池。

技术介绍

[0002]固体氧化物电池(solid oxide cell,SOC)是一种清洁高效的能量转换器件，根据工作模式的不同，可分为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)和固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis fuel,SOEC)，SOFC可将燃料中的化学能直接转化为电能，而SOEC可将富足的电能转化为化学能而储存，两者互为可逆操作。SOC主要由燃料极、空气极和电解质组成。其中，燃料极材料的性能直接影响着整个电池的电化学性能。
[0003]最常用的燃料极材料是金属陶瓷电极材料，如Ni
‑
YSZ。其中金属Ni具有较高的催化活性和电子电导率，陶瓷相YSZ具有较好的氧离子电导率，因此，这类材料在燃料极具有优异的电化学性。然而，进一步研究发现，当使用碳氢燃料时，金属陶瓷燃料极容易积碳和硫中毒，其氧化还原循环性能差。为了克服金属陶瓷燃料极的缺点，近年来，具有ABO3通式的混合离子
‑
电子导体钙钛矿燃料极材料引起了较大关注。其中，化学组成为M2Fe
1+x
Mo1‑
x
O6‑
δ
(M为碱土金属元素)的燃料极材料具有合适的电导率、较好的氧化还原稳定性、较强的抗积碳能力和优异的电化学性能，是目前最有希望的钙钛矿燃料极材料。
[0004]M2Fe
1+x
Mo1‑
x
O6‑
δ
燃料极材料的制备有多种方法，例如，固相反应法、乙二胺四乙酸(EDTA)
‑
柠檬酸燃烧法。这些制备方法中粉体成相温度较高，通常在1000℃以上，高温条件下，纳米粉体容易团聚和粗化，因此，制备的SFM粉体呈现无规则晶面取向和外观形貌，且比表面积相对较小，使得电极催化反应活性区域降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池，本专利技术制备的燃料极粉体具有规则的立方形貌，晶面择优暴露面为(100)，晶粒大小为50
‑
200nm，其比表面积大，催化活性高，且可大量制备，利于在固体氧化物电池领域的应用。
[0006]本专利技术提供一种固体氧化物电池燃料极材料，具有式I所示化学式：
[0007]M2Fe
1+x
Mo1‑
x
O6‑
δ
Cl
y
式I；
[0008]其中，M为碱土金属，0≤x≤1，0﹤y﹤0.1；所述固体氧化物电池燃料极材料的择优暴露晶面为(100)面。
[0009]优选的，所述M为Ca、Sr和Ba中的一种或几种。
[0010]本专利技术提供如上文所述的固体氧化物电池燃料极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]A)按照式I的化学计量比，将可溶性碱土金属盐、可溶性铁盐、可溶性钼盐和氯源
在二次蒸馏水中溶解，得到金属盐溶液；
[0012]B)在所述金属盐溶液中加入柠檬酸和甘氨酸，进行络合反应，得到络合溶液；
[0013]C)将所述络合溶液加热直至发生自燃反应，得到粉体；
[0014]D)将所述粉体进行高温煅烧，得到式I所示的固体氧化物电池燃料极材料。
[0015]优选的，所述可溶性碱土金属盐为碱土金属的硝酸盐；所述可溶性铁盐为硝酸铁，所述可溶性钼盐为(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O。
[0016]优选的，所述氯源为SrCl2和/或FeCl3。
[0017]优选的，所述金属盐溶液中金属离子的总量、柠檬酸和甘氨酸的摩尔比为1：(0.1～0.5)：(2～3)。
[0018]优选的，所述步骤C)中加热的温度为200～400℃。
[0019]优选的，所述步骤D)中高温煅烧的温度为800～1200℃；高温煅烧的时间为1～10小时。
[0020]优选的，所述步骤D)中的高温煅烧在空气气氛中进行。
[0021]本专利技术提供一种固体氧化物电池，其特征在于，包括上文中的固体氧化物电池燃料极材料。
[0022]本专利技术提供了一种固体氧化物电池燃料极材料，具有式I所示化学式：M2Fe
1+x
Mo1‑
x
O6‑
δ
Cl
y
式I；其中，M为碱土金属，0≤x≤1，0﹤y﹤0.1；所述固体氧化物电池燃料极材料的择优暴露晶面为(100)面。本专利技术中Cl元素既是掺杂剂也是粉体形貌调节剂，这得益于氯化盐的低熔点，本专利技术对燃料极材料SFM进行Cl掺杂(掺杂量：0﹤y﹤0.1)，在高温条件下，氯化盐呈液相并包覆在前驱物表面，前驱物在熔融氯化盐中成核生长，直至氯化盐消耗殆尽，生长停止，最后暴露出特异的(100)晶面，粉体外观形貌呈现规则的立方块。此方法与水热合成法相比，更利于大量制备规则立方块粉体。与未掺杂的Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
(SFM)相比，本专利技术中Cl掺杂的粉体具有更大的比表面积，与典型的La
0.9
Sr
0.1
Ga
0.8
Mg
0.2
O3‑
δ
(LSGM)和Sm
0.2
Ce
0.8
O2‑
δ
(SDC)电解质有较好的化学兼容性。Cl掺杂可显著提升燃料极的电化学性能，本专利技术中Cl元素廉价易得，该方法操作简单，可大量制备晶面择优暴露面为(100)的立方形貌粉体，利于在固体氧化物电池燃料极的机理研究和实际应用。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例1中Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
Cl
0.05
(SFM
‑
Cl
0.05
)、Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
Cl
0.1
(SFM
‑
Cl
0.1
)和Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
(SFM)粉体在室温下的X射线衍射谱图；
[0025]图2为本专利技术实施例1中Sr2Fe
1.5
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物电池燃料极材料，具有式I所示化学式：M2Fe
1+x
Mo1‑
x
O6‑
δ
Cl
y
ꢀꢀꢀꢀ
式I；其中，M为碱土金属，0≤x≤1，0﹤y﹤0.1；所述固体氧化物电池燃料极材料的择优暴露晶面为(100)面。2.根据权利要求1所述的固体氧化物电池燃料极材料，其特征在于，所述M为Ca、Sr和Ba中的一种或几种。3.如权利要求1所述的固体氧化物电池燃料极材料的制备方法，包括以下步骤：A)按照式I的化学计量比，将可溶性碱土金属盐、可溶性铁盐、可溶性钼盐和氯源在二次蒸馏水中溶解，得到金属盐溶液；B)在所述金属盐溶液中加入柠檬酸和甘氨酸，进行络合反应，得到络合溶液；C)将所述络合溶液加热直至发生自燃反应，得到粉体；D)将所述粉体进行高温煅烧，得到式I所示的固体氧化物电池燃料极材料。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长荣，张少威，万艳红，张濒泽，张丽洁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：