一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过络合剂处理陶瓷氧化物，从而提升固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极性能的方法，具体为:称取酸性络合剂与去离子水混合，配制成络合剂溶液，随后加入事先准备好的Ba

【技术实现步骤摘要】
一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法


[0001]本专利技术从属于燃料电池阴极催化材料制备
，具体涉及一种提升固体氧化物燃料电池（SOFC）陶瓷氧化物阴极性能的方法。

技术介绍

[0002]SOFC以其高能量转换效率，低污染物排放而备受人们关注。传统SOFC高的工作温度（1000℃）会导致许多问题。将工作温度降低到500~800℃是目前SOFC研究的主要目标之一。然而，运行温度降低也导致了关键电池元件内阻的显著增加。因此，开发在中温区性能良好的新阴极材料具有重要意义。
[0003]Shao和Haile报告了Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3（BSCF）氧化物阴极，可在中温下实现高的氧催化活性（Z.P. Shao, S.M. Haile, Nature 431(2004) 170）。BSCF具有离子电子混合电导，有着很高的氧传输能力。然而，合成的BSCF粉体需要较高的煅烧温度才能形成钙钛矿晶相，导致颗粒尺寸过高，电化学性能降低。本专利技术通过使用简单的湿化学方法处理BSCF粉体，BSCF在络合剂作用下形成多种活性相的混合物，这种混合物具有更小的晶粒尺寸以及更高的阴极电催化活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法。使用湿化学方法对Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3（其中，x为0~1，y为0~1）进行前期处理，在处理过程中Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3分解，形成的多相混合物具有细化的晶粒尺寸，增加的阴极表面活性位点，提升氧还原反应的催化活性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：对Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3阴极进行湿化学方法处理，其具体操作方法如下：（1）称取络合剂，添加去离子水并不断进行搅拌配制成溶液。
[0006]（2）加入Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3阴极粉末，不断搅拌充分混合，然后将溶液在50~300℃温度下加热并保温2~20小时，充分干燥得到凝胶。
[0007]（3）将得到凝胶充分研磨为均匀粉体，继续在600~1000℃下煅烧1~5小时，即得到最终的处理的阴极材料。
[0008]步骤（1）所述的络合剂为酸性络合剂，包括柠檬酸、乙二胺四乙酸、甘氨酸中的一种或多种。
[0009]步骤（1）所述的去离子水与络合剂的质量比为30: (1~5)。
[0010]步骤（2）中阴极粉体的加入量与步骤（1）所述络合剂的摩尔比为1:(1~20)。
[0011]本专利技术的显著优点在于1. 方法简便：本专利技术通过对颗粒较大的Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3钙钛矿通过湿化学方法处理，以获得具有纳米结构的多相复合阴极粉体。
[0012]2. 提升性能：经过处理形成的混合物阴极具有比未处理的Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3阴极
更高的电化学催化活性。
[0013]3. 成本低廉：本专利技术在处理过程中仅仅添加有机络合剂，价格较低，工艺实施对设备要求低。
附图说明
[0014]图1是湿化学法处理前和处理后的Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3粉体的XRD对比图。
[0015]图2中的（a）是未经湿化学方法处理的Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3阴极表面SEM形貌图。
[0016]图2中的（b）是实施例1得到的纳米结构的阴极表面SEM形貌图。
[0017]图3是基于实施例1中步骤（2）和步骤（5）得到的Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3粉体，制得的全电池的放电曲线和功率密度曲线，对实施本工艺前后的功率密度进行对比。
具体实施方式
[0018]本专利技术用下列具体实施例做进一步的说明，但其保护范围并不限于下列实施案例。
[0019]实施例1（1）先将Ba(NO3)2、Sr(NO3)2、Co(NO3)2·
6H2O、Fe(NO3)3·
9H2O、柠檬酸、乙二胺四乙酸按摩尔比5:5:8:2:15:10与去离子水（去离子水体积与乙二胺四乙酸的摩尔数之比为60ml:0.01mol）混合，加入浓度为28wt%的氨水（氨水体积与乙二胺四乙酸的摩尔数之比为12ml:0.01mol），不断搅拌使其充分溶解至澄清；（2）将步骤（1）所得澄清溶液在磁力搅拌器（转速为300RPM，加热温度为375℃）上不断搅拌，直至形成凝胶，随后放入180℃烘箱干燥12小时，然后在950℃煅烧3小时，制得成钙钛矿相的BSCF粉体；（3）称取柠檬酸加入到去离子水中，不断搅拌使其充分溶解澄清，制得络合剂溶液，加入的柠檬酸与去离子水的质量比是1:15。
[0020]（4）向络合剂溶液中加入步骤（2）制备好的BSCF粉体， BSCF粉体与柠檬酸的摩尔比是1:2.5。
[0021]（5）升温至250℃继续搅拌至完全凝固，然后放入180℃烘箱干燥12小时，彻底烘干水分得到凝胶混合物。
[0022]（6）将步骤（5）得到的凝胶混合物研磨成粉体，然后在750℃下煅烧3小时，得到处理后的BSCF粉体。
[0023]图1是未经本申请湿化学方法处理的Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3和处理过后的粉体的XRD图。经分析可以处理后形成多相混合物，主要为(Ba
0.5
Sr
0.5
)CoO3（BSCo）、(Ba
0.5
Sr
0.5
)FeO3（BSF）、(Ba
0.5
Sr
0.5
)CO3（BSC）和CoO。
[0024]图2中的（a）是未经本申请湿化学方法处理的Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3阴极表面SEM形貌图，粉体平均粒径约为2μm。
[0025]图2中的（b）是经本申请湿化学方法处理的混合物的阴极表面SEM形貌图，粉体平均粒径约为200nm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法，其特征在于：将酸性络合剂加入到Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3粉体中形成凝胶体系，然后煅烧处理，获得提升陶瓷氧化物阴极性能的多相粉体。2.根据权利要求1所述的一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法，其特征在于：具体包括以下步骤:（1）将一定量的酸性络合剂和去离子水混合，配制成络合剂溶液；（2）将事先准备好的Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3粉体加入到络合剂溶液当中，搅拌并加热保温去除水分得到凝胶；其中Ba
x
Sr1‑
x
Co
y
Fe1‑
y
O3中x为0~1，y为0~1；（3）将所得凝胶研磨成粉体，随后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孔发，杨浩然，陈志逸，王欣，邵艳群，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：