一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，该阳极催化剂是采用钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面上制得的；所述钙钛矿结构材料为：[La

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池领域，具体地说是涉及一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂。

技术介绍

[0002]能源和环境已成为关系到人类社会可持续发展的两大热点问题。随着人类社会现代化进程的不断推进，对能源的依赖和化石能源日益枯竭的矛盾日益加剧。能源生产和使用过程中排放大量污染物和CO2等温室气体，是重要空气污染源之一，寻找清洁、高效和CO2净排放低的能源技术已成为人类社会发展的迫切需要。
[0003]固体氧化物燃料电池是一种能量转换装置，能够高效的将燃料(如天然气、甲醇、乙醇等含碳燃料)中的化学能转换成电能和热能，且不用贵金属催化剂，采用全固态结构，低排放低噪音，是理想的分散电站和集中电站技术，也可以应用于车辆辅助电源、便携式电源等。为了满足商业化的应用要求，改善电池性能、长期稳定性和可靠性成为国内外研发的重点。
[0004]镍基阳极因其电导率高、活性好，成为目前固体氧化物燃料电池普遍采用的阳极材料，但采用甲烷、甲醇和乙醇等含碳燃料时，电池的性能相对较低，与基于氢燃料的燃料电池相比，复杂的电化学过程显著增加了阳极的性能损失，而且在镍基阳极上非常容易形成积碳，导致电极活性不断降低，甚至失活，使得电池稳定性差。因此，高活性、抗积碳的阳极催化剂对甲烷、甲醇和乙醇等含碳燃料的固体氧化物燃料电池满足商业化的要求至关重要。

技术实现思路

[0005]基于上述技术问题，本专利技术提出了一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂。
[0006]本专利技术所采用的技术解决方案是：
[0007]一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，该阳极催化剂采用钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面上制得；
[0008]所述钙钛矿结构材料为：[La
x
Sr
(1
‑
x)
]y
Ti
(1
‑
z
‑
n)
Ni
z
Mg
n
O3±
δ
，其中，δ表示因掺杂产生的氧非化学计量值，0≤x≤0.8，0.7≤y≤1.2，0＜z≤0.4，0＜n≤0.4，钙钛矿结构材料在还原气氛下，表面可形成金属
‑
氧化物复合纳米粒子活性中心，此纳米粒子活性中心具有高催化活性、高稳定性以及抗积碳性能好的特点。
[0009]可选地，所述催化剂中包裹用钙钛矿结构材料的质量百分含量为0.1％
‑
60％。
[0010]可选地，所述催化剂中包裹用钙钛矿结构材料的质量百分含量为1％
‑
50％。
[0011]可选地，所述钙钛矿结构材料的粒径为5
‑
300nm。
[0012]可选地，所述钙钛矿结构材料的粒径为10
‑
200nm。
[0013]在还原条件下，所述钙钛矿结构材料表面会形成金属
‑
氧化物复合纳米粒子活性中心，纳米粒子活性中心粒径为0.1
‑
20nm。
[0014]可选地，所述纳米粒子活性中心的粒径为0.2
‑
10nm。
[0015]可选地，钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面，具体包括以下步骤：
[0016]采用钙钛矿结构材料配制溶液，然后将该溶液直接浸渍到氧化镍催化剂表面，焙烧，得到钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂；
[0017]或按钙钛矿结构材料化学计量比配置盐溶液，然后将该溶液直接浸渍到镍基复合阳极上，焙烧，得到钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂。
[0018]可选地，所述采用钙钛矿结构材料配制溶液的质量百分比浓度为0.2％
‑
20％，溶液为高分散的溶液。
[0019]可选地，所述按钙钛矿结构材料化学计量比配置盐溶液的总质量百分比浓度为0.2％
‑
30％。
[0020]可选地，所述焙烧温度为800
‑
1300℃，焙烧时间为2
‑
24h。
[0021]本专利技术还提供一种上述抗积碳固体氧化物燃料电池阳极催化剂的应用。
[0022]在一些实施例中，抗积碳固体氧化物燃料电池阳极催化剂用于各种结构的固体氧化物燃料电池上，包括但不限于平板型、管型、阳极支撑型和电解质支撑型。
[0023]本专利技术的有益技术效果是：
[0024]本专利技术采用钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面，得到高活性抗积碳固体氧化物燃料电池阳极催化剂，采用此阳极催化剂制备成电池，以甲烷、甲醇或乙醇等含碳燃料时，电池具有性能高、抗积碳、稳定性好等特点；另外，本专利技术催化剂的制备方法还具有成本低，简单易于放大等特点。更为具体地：
[0025]1.本专利技术制备的电池阳极催化剂是采用钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面上，钙钛矿结构材料表面形成的金属
‑
氧化物复合纳米粒子活性中心，可有效的增加电极活性位，提高电极活性，降低电池的极化电阻。
[0026]2.本专利技术制备的电池阳极催化剂是采用钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面上，钙钛矿结构材料表面的金属
‑
氧化物复合纳米粒子可有效的抑制积碳的形成，其对积碳抑制机制如图1所示，本催化剂可有效的改善电池的抗积碳性能，提高电池采用甲烷、甲醇和乙醇等含碳燃料时的稳定性。
[0027]3.本专利技术的钙钛矿结构材料，通过镁改性，镁和镍从电池的还原气氛下溶脱出具有镍镁固溶体结构的高活性纳米粒子，此纳米粒子既有高活性还有很好的稳定性，还有很好的抗积碳性能。
[0028]4.本专利技术制备的电池阳极催化剂可用于平板型、管型、阳极支撑型、电解质支撑型等多种构型的固体氧化物燃料电池。
[0029]5.本专利技术电池阳极催化剂的制备方法具有成本低，简单易于放大等特点。
[0030]6.本专利技术是一种适用于固体氧化物燃料电池的阳极催化剂，对于推动固体氧化物燃料电池技术向应用技术的发展具有重要的意义。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中钙钛矿结构材料包裹镍基阳极催化剂上表面金属
‑
氧化物复合纳米粒子对积碳抑制机制示意图，其中，(a)为镍纳米粒子上积碳生长机制，(b)为金属
‑
氧化物复合纳米粒子对积碳抑制机制；
[0032]图2为本专利技术中氧化镍和钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂的电镜照片，其中，(a)为氧化镍催化剂，(b)为钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，该阳极催化剂是采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，其特征在于，所述阳极催化剂采用钙钛矿结构材料包裹在氧化镍催化剂表面上制得；所述钙钛矿结构材料为：[La
x
Sr
(1
‑
x)
]
y
Ti
(1
‑
z
‑
n)
Ni
z
Mg
n
O3±
δ
，其中，δ表示因掺杂产生的氧非化学计量值，0≤x≤0.8，0.7≤y≤1.2，0＜z≤0.4，0＜n≤0.4，钙钛矿结构材料在还原气氛下，表面形成金属
‑
氧化物复合纳米粒子活性中心。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，其特征在于，所述采用钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，钙钛矿结构材料的质量百分含量为1％
‑
50％。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构材料包裹的镍基阳极催化剂，其特征在于，所述钙钛矿结构材料的粒径为10
‑
200nm。4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿结构材料包裹的...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂宝峰，王晓靖，苏新，戚惠颖，张福俊，张同环，邱鹏，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：