一种固体氧化物电池氧电极材料、制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物电池的氧电极材料、制备方法与应用，涉及电极材料领域。所述氧电极材料为钙钛矿结构氧化物，结构式为BaCo

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物电池氧电极材料、制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电极材料领域，具体涉及一种固体氧化物电池氧电极材料、制备方法与应用。

技术介绍

[0002]固体氧化物电池(SOC)根据应用模式的不同分为固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)。作为发电装置，其具有燃料利用率高，环境友好，燃料分布广泛等优点。作为电解装置，其分布式的特点可与可再生的电能结合，用于电解水制氢、电解二氧化碳或电解制合成气，是一种公认的绿色能源。传统的SOC由于运行温度高(>850℃)所带来的一系列问题(成本高和寿命短等)，阻碍了SOC技术的商业化。因此迫切需要将SOCs的运行温度降低至中温区(600～800℃)。然而，操作温度的降低会使氧电极的极化电阻急剧增加，从而导致整个电池的性能衰减。因此，在中温区发展高效、稳定且成本低廉的氧电极材料对于实现SOC商业化具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一是提供一种固体氧化物电池氧电极材料。
[0004]本专利技术的目的之二是提供上述固体氧化物电池氧电极材料的制备方法。
[0005]本专利技术的目的之三是提供上述固体氧化物电池氧电极材料的应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种固体氧化物电池氧电极材料，所述氧电极材料为单钙钛矿结构氧化物，结构式为BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
，其中0＜x≤0.1，0.1＜δ＜0.3。
[0008]第二方面，本专利技术提供上述固体氧化物电池氧电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一：按BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
，其中0＜x≤0.1，0.1＜δ＜0.3中各元素的化学计量比，分别称取含有Ba、Co、Pr、Nb元素的原料粉体，加入无水乙醇进行搅拌处理，得到固液混合物；
[0010]步骤二：对步骤一所得的固液混合物进行球磨处理，直至充分混合均匀；
[0011]步骤三：将步骤二所得浆料烘干，所得粉末在800℃～1100℃条件下烧结，烧结时间为10
‑
20h，得到钙钛矿结构的BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
粉末。
[0012]优选的，步骤一中含Ba元素的原料为碳酸钡，含Co元素的原料为四氧化三钴，含Pr元素的原料为氧化镨，含Nb元素的原料为氧化铌。
[0013]优选的，步骤二所述的球磨的速度为300
‑
500转/分钟，球磨时间为24h。优选的，步骤三中所述烧结的步骤是：先将粉末压制成片状，接着将压制好的样品依次在800℃和900℃烧结10h，然后加入无水乙醇充分研磨，最后在空气氛围下1100℃烧结10h。
[0014]第三方面，本专利技术提供上述固体氧化物电池氧电极材料在制备复合电极材料方面的应用。
[0015]所述复合电极材料为BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
‑
Ce
0.9
Sm
0.1
O
1.9
或BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
‑
Ce
0.9
Gd
0.1
O
1.95
，其中0＜x≤0.1。
[0016]将氧电极材料BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
和Ce
0.9
Sm
0.1
O
1.9
或BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
和Ce
0.9
Gd
0.1
O
1.95
按照质量比1:1进行混合，加入无水乙醇，进行球磨处理12h，烘干，得到复合电极材料。
[0017]本专利技术还提供上述固体氧化物电池氧电极材料或复合电极材料在制备固体氧化物电池方面的应用。
[0018]该应用包括如下步骤：
[0019]步骤一：将氧电极材料或复合电极材料，加入有机粘结剂混合研磨，制成均匀的氧电极浆料；将燃料极粉末Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
(SFM)加入有机粘结剂混合研磨，制成均匀的燃料电极浆料；
[0020]步骤二：将步骤一得到的氧电极浆料涂覆于电解质层两侧，在空气气氛下950
‑
1000℃煅烧4
‑
8h获得钙钛矿BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
的多孔氧电极层的固体氧化物燃料电池半电池；
[0021]步骤三：将步骤一得到的燃料极浆料涂覆于电解质层一侧，氧电极浆料涂覆于电解质另外一侧，在空气气氛下950
‑
1000℃煅烧4
‑
8h，获得钙钛矿BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
的多孔氧电极层的固体氧化物燃料电池单电池。
[0022]优选的，所述有机粘结剂由松油醇和乙基纤维素按照质量比9:1混合组成。
[0023]优选的，所述氧电极材料或复合电极材料与有机粘结剂的质量比为1:2.5，燃料极粉末与有机粘结剂的质量比为1:2。
[0024]优选的，所述电解质为La
0.9
Sr
0.1
Ga
0.8
Mg
0.2
O3(LSGM)、Ce
0.8
Sm
0.2
O
1.9
(SDC)、Ce
0.9
Gd
0.1
O
1.95
(GDC)中的一种。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026]1、本专利技术制备的钙钛矿结构的BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
材料属于一种新的氧电极材料，成分简单，合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物电池氧电极材料，其特征在于，所述氧电极材料为单钙钛矿结构氧化物，结构式为BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
，其中0＜x≤0.1，0.1＜δ＜0.3。2.一种权利要求1所述的固体氧化物电池氧电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：按BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
，其中0＜x≤0.1，0.1＜δ＜0.3中各元素的化学计量比，分别称取含有Ba、Co、Pr、Nb元素的原料粉体，加入无水乙醇进行搅拌处理，得到固液混合物；步骤二：对步骤一所得的固液混合物进行球磨处理，直至充分混合均匀；步骤三：将步骤二所得浆料烘干，所得粉末在800℃～1100℃条件下烧结，烧结时间为10
‑
20h，得到钙钛矿结构的BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
粉末。3.根据权利要求2所述的固体氧化物电池氧电极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中含Ba元素的原料为碳酸钡，含Co元素的原料为四氧化三钴，含Pr元素的原料为氧化镨，含Nb元素的原料为氧化铌。4.根据权利要求2所述的固体氧化物电池氧电极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述烧结的步骤是：先将粉末压制成片状，接着将压制好的样品依次在800℃和900℃烧结10h，然后加入无水乙醇充分研磨，最后在空气氛围下1100℃烧结10h。5.权利要求1所述的固体氧化物电池氧电极材料在制备复合电极材料方面的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，将氧电极材料BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
和Ce
0.9
Sm
0.1
O
1.9
或BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1
Pr
x
O3‑
δ
和Ce
0.9
Gd
0.1
O
1.95
按照质量比1:1进行混合，加入无水乙醇，进行球磨处理12h，烘干，得到复合电极材料BaCo
0.9
‑
x
Nb
0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金芳军，凌意瀚，王鑫鑫，田云峰，陈婷，王绍荣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：