一种阴阳离子共掺杂的固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于固体氧化物电池技术领域，具体涉及一种阴阳离子共掺杂的固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法。一种阴阳离子共掺杂的固体氧化物电池氧电极材料，其特征在于，该材料组分为Sm0.5Sr0.5

【技术实现步骤摘要】
一种阴阳离子共掺杂的固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法


[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的氧电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCells，SOFC)作为一种新型发电技术，其工作时直接促使燃料气体(H2、CO、NH3、CH4)和氧化气体(O2、空气)发生电化学反应而将化学能直接转换为电能，没有燃烧和机械运动，具有高效、绿色、无污染等特征。可显著缓解煤炭、石油等传统燃料燃烧时能量损失大，破坏生态环境等问题。目前，固体氧化物燃料电池的主体结构包括阳极层、电解质层、阴极层等。其中，Sm
0.5
Sr
0.5
FeO3‑
δ
(下称作 SSF)作为一种常用电极材料，常被用于电池的氧电极，然而其存在电学性能不高，功率较低的问题。如果对SSF进行氟钠共掺，得到Sm
0.5
Sr
0.5
‑
x
Na
x
FeO3‑
δ
‑
yFy
(下称作SSNFF)，将能再不影响化学相容性的基础上，有效改善电池的性能。

技术实现思路

[0003]针对现有的SSF性能不佳，本专利技术提供了一种高性能的固体氧化物电池氧电极材料。本专利技术提供的技术方案如下。
[0004]一种固体氧化物电池电极材料，所述电极材料用于电池氧电极，所述电极材料分子式为：Sm
0.5
Sr
0.5
‑
x
Na
x
FeO3‑
δ
‑
yFy
。
[0005]其中，0≤x≤0.05，0≤y≤0.05。
[0006]进一步的，作为所述电极材料的一个优选方案，所述x＝0.05，y＝0.05。
[0007]所述材料的制备方法如下。
[0008]1)制备所述Sm
0.5
Sr
0.5
‑
x
Na
x
FeO3‑
δ
‑
yFy
溶液。
[0009]2)热处理所述溶液制得所述前驱体粉末。
[0010]3)热处理步骤2)所得粉末，制得所述功能层粉末。
[0011]4)将步骤3)中获得的粉末与含PVB的松油醇混合溶剂研磨，制成均匀混合的电极浆料。
[0012]进一步的，所述步骤1)包括如下步骤。
[0013]a)将Sm2O3、Sr(NO3)2、Fe(NO3)3、NaNO3，以及NH4F溶于100ml去离子水中并混合均匀。
[0014]b)在步骤a)所得混合液中加入浓硝酸和柠檬酸。
[0015]c)使用氨水调节步骤b)所得混合液的pH至7
‑
8，并于50
‑
100℃下水浴。
[0016]进一步的，所述浓硝酸为30ml。
[0017]进一步的，所述柠檬酸所述功能层材料中金属离子的摩尔比为1.1：1。
[0018]进一步的，所述步骤2)包括：将步骤1)所述溶液置于蒸发皿中加热形成溶胶，最后
燃烧。
[0019]进一步的，所述步骤3)包括。
[0020]a)研磨所述前驱体粉末。
[0021]b)于1000℃下保温步骤a)所得粉末3h。
[0022]进一步的，所述步骤4)中，PVB的质量分数为10％，所述含PVB的松油醇混合溶剂的添加质量与电极粉末的质量比为3：2。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与技术效果。
[0024]1)本专利技术的SSNFF电极材料的固体氧化物燃料电池性能优异，在不改变电极与电解质化学相容性的基础上，具有较高功率的输出密度和优异的循环性能。
[0025]2)本专利技术的SSNFF等的固体氧化物燃料电池，制备方法相对较简单，适合制备批量化生产。
附图说明
[0026]图1、7分别为使用SSF、ssNFF作为常规燃料电池的氧电极，测得的性能曲线。
[0027]图2为本专利技术材料与SSF的XRD图。
[0028]图3为本专利技术材料与SSF在和电解质材料YSZ混合后的XRD图。
[0029]图4为本专利技术材料与SSF在和过渡层材料SNDC混合后的XRD图。
[0030]图5为本专利技术材料与SSF的电导率曲线。
[0031]图6为本专利技术材料与SSF的电导率的曲线的阿伦尼乌斯表现形式。
具体实施方式
[0032]以下结合具体实施方式和附图对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。
[0033]实施实例一。
[0034]采用溶胶凝胶法合成SSF功能层粉体。按照Sm
0.5
Sr
0.5
FeO3‑
δ
化学计量比配制，其中，x＝0.05,y＝0.05，将Sm2O3、Sr(NO3)2、以及Fe(NO3)3溶于100ml去离子水中，加入约 30ml浓硝酸并不断搅拌，并以金属离子和柠檬酸摩尔比为1:1.1的比例加柠檬酸并不断地搅拌，使之形成均匀溶液，并用氨水调节溶液pH至7
‑
8之间。然后于将溶液置于蒸发皿中加热，形成凝胶，直至自燃烧形成蓬松的SDC前驱体粉末。将粉末进行研磨，放入高温炉中进行焙烧，温度为1000℃，保温时间为3h，使其中的有机物充分分解。将煅烧后的粉末与含10％PVB的松油醇混合溶剂以2：3的比例混合后研磨，获得均匀混合的电极浆料。将获得的电极浆料旋涂于以Ni
‑
YSZ为阳极，YSZ为电解质，并涂有SNDC过渡层的电池上，于烧结炉中加热煅烧，将获得的完整电池取出测量其在800℃下有最大功率密度为 679.20mW
·
cm2,在700℃下有最大电导率为105.05S
·
cm
‑
1，且活化能为0.170eV。使用做成电极浆料前的电极粉末测量其进行X射线衍射测量，获得其XRD图。
[0035]实施实例二。
[0036]采用溶胶凝胶法合成SSNFF功能层粉体。按照Sm
0.5
Sr
0.5
‑
x
Na
x
FeO3‑
δ
‑
yFy
化学计量比配制，其中，x＝0.05,y＝0.05，将Sm2O3、Sr(NO3)2、Fe(NO3)3、NaNO3，以及NH4F溶于100ml 去离子水中，加入约30ml浓硝酸并不断搅拌，并以金属离子和柠檬酸摩尔比为1:1.1的比例加柠檬酸并不断地搅拌，使之形成均匀溶液，并用氨水调节溶液pH至7
‑
8之间。然后于将溶液
置于蒸发皿中加热，形成凝胶，直至自燃烧形成蓬松的SDC前驱体粉末。将粉末进行研磨，放入高温炉中进行焙烧，温度为1000℃，保温时间为3h，使其中的有机物充分分解。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型的固体氧化物电池氧电极材料，所述材料用于固体氧化物氧电极其特征在于主体为Sm
0.5
Sr
0.5
‑
x
Na
x
FeO3‑
δ
‑
y
F
y
：其中，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0≤δ≤1。2.如权利要求1所述的功能层材料的制备方法，其特征是：固体氧化物电池氧电极材料采用溶胶凝胶法制备，包括如下步骤:(1)根据所述功能层材料的化学组成分子式中的金属金属元素以及化学计量比准备相应金属盐，加入去离子水...

【专利技术属性】
技术研发人员：林彬，刘睿，杨权，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：