新型对称电极材料、燃料电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型对称电极材料、燃料电池及其制备方法。所述新型对称电极材料的化学式为Li[Ni

【技术实现步骤摘要】
新型对称电极材料、燃料电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池的
，具体涉及基于具有对称电极的固体氧化物燃料电池的


技术介绍

[0002]随着环境污染和能源危机问题日益突出，可再生、无污染新能源技术的研发已经被提上日程。在新能源领域，燃料电池占有重要的一席之地，被认为是最有希望代替传统化石能源发电的产品之一。在燃料电池领域，固体氧化物燃料电池 (SOFC)作为一种新型的无污染发电装置，由于其独特优势，包括燃料选择灵活、不受卡诺循环限制，能量转换效率高、无噪声、清洁无污染等优势而引起了人们的广泛关注。
[0003]传统的SOFC由三个陶瓷部件组成，即阴极、阳极和致密的电解质膜。然而，由于每个部件承担的功能不一样，其自身的制造要求也不一致，对SOFC的制造和投入使用带来了挑战。为了简化制造流程，用相同的材料制备阴阳极来取代传统的用不同材料制作阴阳极即对称电池(SSOFCs)已经成为一种趋势。相比于传统电极，对称电极有着简化制作流程、有效解决电极和电解质之间热膨胀系数不匹配、节约制造成本等优势。
[0004]镍钴铝锂四元氧化物Ni
0.8
Co
0.15
Al
0.05
LiO2‑
δ
(NCAL)由于其对氢气的氧化和氧气的还原都具有优异的催化活性，已经被广泛用于构建SSOFC，且均取得很好的电池性能输出。
[0005]但基于NCAL的对称电池往往很难取得理想的稳定性，如陈刚等人报道基于 NCAL的对称电池的稳定性仅仅维持在5.8h(Chen G,Zhu B,Deng H,et al. Advanced Fuel Cell Based on Perovskite La
‑
SrTiO3 Semiconductor as the Electrolytewith Superoxide
‑
Ion Conduction)，这不利于SOFC的商业化。而其他已经被研发的对称电极材料如Pr
0.7
Ca
0.3
Cr1‑
y
Mn
y
O3‑
δ
(y＝0.2,0.4,0.6,0.8)系列材料操作温度需要950℃，性能输出仅有250mW cm
‑2(El
‑
Himri,A,Marrero
‑
Lopez,et al. Structural and electrochemical characterisation of Pr0.7Ca0.3Cr1
‑
yMnyO3
‑
d assymmetrical solid oxide fuel cell electrodes)；La
0.9
Ca
0.1
Fe
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
(LCFNb)在 850℃下的功率密度仅仅为392mW cm
‑2(Kong X,Zhou X,Tian Y,et al. Niobium doped lanthanum calcium ferrite perovskite as a novel electrode material forsymmetrical solid oxide fuel cells)。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种新型对称电极材料及其制备方法，所述对称电极材料由更稳定的元素组成，具有更优异的催化活性，不仅可有效地传输催化出来的电子和离子，更可以提高三相反应界面(TPB)，得到各部分结合紧密、热膨胀系数相互匹配、在中低温下仍保持良好电性能的燃料电池，其相对于现有的对称电极材料，在操作温度、功率输出、稳定性等方面具备显著优势。
[0007]本专利技术的目的还在于提出含有上述电极材料的新型燃料电池及其制备方法。
[0008]本专利技术首先提供了如下的技术方案：
[0009]一种新型对称电极材料，其化学式为：Li[Ni
x
Co
2/3
‑
x
Mn
1/3
]O2，其中，x＝1/6,1/3, 1/2,2/3。
[0010]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述新型对称电极材料的化学式为： Li(Ni
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
)O2。
[0011]本专利技术进一步提供了上述新型对称电极材料的制备方法：其包括：
[0012](1)将CoSO4·
7H2O和MnSO4·
4H2O按化学计量比在去离子水中进行混合溶解，向混合溶液内加入Na2CO3溶液，并加入氨水溶液调整pH至7
‑
8后进行 35～45℃恒温加热，得到沉淀物；
[0013](2)将所得沉淀物进行固液分离及洗涤后，于110～130℃干燥10～14小时，获得中间体产物；
[0014](3)将所得中间产物置于350～450℃下加热9～11h，得到分解物；
[0015](4)将所得分解物与Ni(NO3)2·
6H2O和LiNO3按化学计量比混合均匀，并将混合物在850～950℃烧结10～14h，得到所述新型对称电极材料；
[0016]其中，所述化学计量比满足所得新型对称电极材料各元素配比为：
[0017]Li[Ni
x
Co
2/3
‑
x
Mn
1/3
]O2，x＝1/6,1/3,1/2,2/3。
[0018]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述CoSO4·
7H2O和MnSO4·
4H2O的计量比为1:1，所述中间体产物为Mn
1/2
Co
1/2
CO3，所述分解物为Mn
3/2
CO
3/2
O5。
[0019]根据本专利技术的一些优选实施方式，(1)中所述混合溶液的浓度为 1.5～2.5mol/L。
[0020]根据本专利技术的一些优选实施方式，(1)中所述Na2CO3溶液的浓度为 1.5～2.5mol/L。
[0021]本专利技术进一步提供了含有上述对称电极材料或含有根据上述制备方法制备得到的对称电极材料的固体氧化物燃料电池及其制备方法。
[0022]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述制备方法包括：
[0023](1)将所述新型对称电极材料负载于泡沫镍上，得到Ni－LNCM电极；
[0024](2)按Ni－LNCM电极、导体材料粉末、Ni－LNCM电极的顺序将该三者进行模压，制得所述燃料电池。
[0025]根据本专利技术的一些优选实施方式，(1)进一步包括：
[0026]按照质量与体积为1～5g/ml的比例，将LNCM粉末与松油醇进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型对称电极材料，其特征在于，其化学式为：Li[Ni
x
Co
2/3
‑
x
Mn
1/3
]O2，其中，x＝1/6,1/3,1/2,2/3。2.一种新型对称电极材料，其特征在于，其化学式为：Li(Ni
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
)O2。3.一种新型对称电极材料的制备方法：其特征在于，包括：(1)将CoSO4·
7H2O和MnSO4·
4H2O按化学计量比在去离子水中进行混合溶解，向混合溶液内加入Na2CO3溶液，并加入氨水溶液调整pH至7
‑
8后进行35～45℃恒温加热，得到沉淀物；(2)将所得沉淀物进行固液分离及洗涤后，于110～130℃干燥10～14小时，获得中间体产物；(3)将所得中间产物置于350～450℃下加热9～11h，得到分解物；(4)将所得分解物与Ni(NO3)2·
6H2O和LiNO3按化学计量比混合均匀，并将混合物在850～950℃烧结10～14h，得到所述新型对称电极材料；其中，所述化学计量比满足所得新型对称电极材料各元素配比为：Li[Ni
x
Co
2/3
‑
x
Mn
1/3
]O2，x＝1/6,1/3,1/2,2/3。4.根据权利要求3所述的制备方法：其特征在于，其中，所述CoSO4·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丹，汪宝元，王凯，王浩，吴玉华，
申请(专利权)人：湖北江城实验室湖北湘纬新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：