一种三重传导性的钙钛矿氧化物、制备方法及用途技术

本发明专利技术涉及一种三重传导性(H

【技术实现步骤摘要】
一种三重传导性的钙钛矿氧化物、制备方法及用途


[0001]本专利技术涉及一种三重传导性的钙钛矿氧化物、制备方法及用途，属于燃料电池


技术介绍

[0002]当今时代，面对全球环境和能源问题，人们正在积极寻找高效、清洁的能源。质子陶瓷燃料电池(PCFC)因其在中低温下优越的电池性能而引起人们的广泛关注。然而，对于商业应用来说，PCFC比传统的固体氧化物燃料电池(SOFC)面临更多的挑战。这主要是由于质子导体电解质如BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ
(BZCYYb)(8
‑
10
×
10
‑6K
‑1)拥有比氧离子导体电解质(如SDC/YSZ)(11
‑
12
×
10
‑6)更低的热膨胀系数。钴基钙钛矿阴极因其优异的表面活性和导电性而广泛应用，而PCFC电解质与大多数钴基钙钛矿阴极(TEC：20
‑
25
×
10
‑
6K
‑1)之间的热膨胀行为不匹配会带来较大的内部应变，使得阴极和电解质界面发生分层或断裂，进而导致电池性能降低。因此，这些高TEC值的Co基电极往往与具有低热膨胀或负热膨胀性能的材料复合，以调整与电解质热膨胀行为的失配。Wang等人开发了一种复合阴极(非专利文献1)，将BZCYYb(9.1
‑
9.8
×
>10
‑5K
‑1，从25℃到1400℃)加入到La
0.6
Sr
0.4
CoO3‑
δ
中，使复合阴极的TEC从20
×
10
‑6K
‑1(La
0.6
Sr
0.4
CoO3‑
δ
)显著降低到14.7
×
10
‑
6K
‑1。最近，Shao等人利用热膨胀抵消法策略设计了一种复合阴极，以提高电极的耐久性(非专利文献2)。由高TEC含钴钙钛矿(SrNb
0.2
Co
0.8
O3‑
δ
,20.5
×
10
‑6K
‑1)与负热膨胀氧化物Y2W3O
12
(YWO,20.5
×
10
‑6K
‑1)组成的复合阴极，其TEC值较低，为12.9
×
10
‑6K
‑1。尽管这些额外的材料有助于改善阴极和电解质之间的兼容性，但它们的过量引入往往会阻碍阴极体中的电荷传输，从而导致性能下降。
[0003]向Sr2ScNbO6(SSN)氧化物B位上引入了大量的过渡金属Co和Fe，形成具有三相导电能力的钙钛矿导体氧化物Sr2Sc
0.1
Nb
0.1
Co
1.5
Fe
0.3
O6‑
δ
(SSNCF)，但其作为PCFC阴极材料仍受到高热膨胀率的不利影响。在钙钛矿结构中，难以通过离子调节大幅度降低单相材料的TEC。
[0004]非专利文献1：M.S.Wang,J.X.Wang,C.R.He,Y.J.Xue,H.Miao,Q.Wang,W.G.Wang,AnovelcompositecathodeLa
0.6
Sr
0.4
CoO3‑
δ
–
BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ
forintermediatetemperaturesolidoxidefuelcells.CeramicsInternational，41,5017
‑
5025(2015),(10.1016/j.ceramint.2014.12.069).
[0005]非专利文献2：Y.Zhang,B.Chen,D.Guan,M.Xu,R.Ran,M.Ni,W.Zhou,R.O'Hayre,Z.Shao,Thermal
‑
expansionoffsetforhigh
‑
performancefuelcellcathodes.Nature,591,246
‑
251(2021)；publishedonlineEpubMar(10.1038/s41586
‑
021
‑
03264
‑
1).

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：应用于质子陶瓷燃料电池(PCFC)的钙钛矿导体氧
化物 Sr2Sc
0.1
Nb
0.1
Co
1.5
Fe
0.3
O6‑
δ
(SSNCF)由于与质子导体电解质如BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ (BZCYYb)的热膨胀性能匹配性不好而导致电池的运行稳定性差的问题。本专利技术提出一种 单相钙钛矿氧化物Ba2Sc
0.1
Nb
0.1
Co
1.5
Fe
0.3
O6‑
δ
，其作为作为PCFC的阴极材料时，能够表现出更 低的热膨胀性，且能够同时具有更好的质子、电子和离子的三重传导特性。
[0007]技术方案是：
[0008]一种三重传导性的钙钛矿氧化物，其分子结构式是：BaZr
x
Ce1‑
x
‑
y
‑
z
Y
y
Yb
z
O3‑
δ
(BZCYYb)； 其中0.05<x<0.15，0.05<y<0.15，0.05<z<0.15，0≤δ≤1。
[0009]优选地，所述的钙钛矿氧化物的分子结构式是：BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ
(BZCYYb)。
[0010]三重传导性的钙钛矿氧化物的制备方法，是按照元素配比通过固相煅烧法制备得到。
[0011]所述的固相煅烧法的步骤包括：碳酸钡、氧化钪、氧化铌、氧化钴、氧化铁粉末混合后， 球磨，煅烧后得到。
[0012]球磨过程采用乙醇作为助磨剂，转速200
‑
600rpm。
[0013]煅烧过程的温度是1050<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三重传导性的钙钛矿氧化物，其特征在于，其分子结构式是：BaZr
x
Ce1‑
x
‑
y
‑
z
Y
y
Yb
z
O3‑
δ
(BZCYYb)；其中0.05&lt;x&lt;0.15，0.05&lt;y&lt;0.15，0.05&lt;z&lt;0.15，0≤δ≤1。2.根据权利要求1所述的三重传导性的钙钛矿氧化物，其特征在于，所述的钙钛矿氧化物的分子结构式是：BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ
(BZCYYb)。3.权利要求1所述的三重传导性的钙钛矿氧化物的制备方法，其特征在于，是按照元素配比通过高温固相煅烧法制备得到。4.根据权利要求3所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周川，沈璇璇，周嵬，刘栋良，费美娟，徐玫瑰，邵宗平，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：