一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料，化学式为BaPr1‑

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池材料
，尤其是涉及一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子陶瓷燃料电池(PCFC)是一种新型发电装置，具有发电效率高、燃料适用范围广泛、工作温度较低等优点。PCFC需要阴极材料具备良好的电化学性能，同时还应具有与电解质材料相匹配的热膨胀系数。
[0003]现阶段性能较为优异的阴极多为Co基或Fe基氧化物，热膨胀系数通常远大于常用电解质材料BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.2
O3(BZCY)，因此与电解质的匹配度较差，容易导致阴极与电解质不匹配，产生分离现象。而基于BaCeO3和BaZrO3基氧化物等常用PCFC电解质材料而开发的阴极材料与电解质热膨胀系数较匹配，但电化学性能较差。也有通过机械混合或浸渍的方法，将Co基或Fe基氧化物与BZCY等电解质材料复合以用作PCFC阴极，以期望同时兼顾较为优异的电化学性能和与电解质相匹配的热膨胀系数，但机械混合容易导致阴极材料的不均匀性和较差的稳定性等，浸渍法则是一项十分耗时的制备工艺，并且浸渍量难以进一步提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法，本专利技术提供的电极材料具备良好的电化学性能和与电解质较为匹配的热膨胀系数，并且具备良好的稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料，分子式为BaPr1‑
x
‑
y
Co
x
Ni
y
O3(0≤x≤0.2，0≤y≤0.2)。
[0006]一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、按材料化学计量比分别称取Ba、Pr、Co和Ni的金属硝酸盐，称取乙二胺四乙酸和柠檬酸；
[0008]S2、将金属硝酸盐倒入烧杯中，加入去离子水，在80℃温度下搅拌至溶液澄清，再加入乙二胺四乙酸，缓慢滴加氨水至乙二胺四乙酸溶解，再加入柠檬酸和氨水，调节溶液pH值，搅拌至形成凝胶；
[0009]S3、将步骤S2中得到的凝胶放入烘箱中，280℃烘5小时至凝胶变干，获得前驱体；
[0010]S4、将步骤S3中的前驱体研磨后，放入马弗炉中，在空气气氛下煅烧，得到阴极粉末。
[0011]优选的，S1步骤中，Ba、Pr、Co和Ni的金属硝酸盐分别为Ba(NO3)2、Pr(NO3)3·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O和Ni(NO3)2·
6H2O。
[0012]优选的，S1步骤中，按照金属离子：乙二胺四乙酸：柠檬酸＝1：1：1.5(摩尔比)，称取乙二胺四乙酸和柠檬酸。
[0013]优选的，步骤S2中，调节溶液pH值为8，搅拌温度为80℃。
[0014]优选的，步骤S4中，煅烧温度为1100℃。
[0015]因此，本专利技术采用上述一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法，通过在基体材料BaPrO3的B位以Co和Ni共掺杂的方法开发出了新型PCFC单相阴极材料，具备良好的电化学性能和稳定性，并且热膨胀系数与电解质材料BZCY接近。此外，Co和Ni共掺杂可以在一定程度上提高BaPrO3的B位掺杂量的上限。
[0016]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法实施例的阴极粉体的XRD谱图；
[0018]图2是本专利技术一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法实施例的块体样品的热膨胀曲线；
[0019]图3是本专利技术一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法实施例的不同阴极单电池在700℃下的阻抗谱；
[0020]图4是本专利技术一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法实施例的不同阴极单电池在700℃下的电流
‑
电压
‑
功率密度曲线；
[0021]图5是本专利技术一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法实施例的BaPr
0.8
Co
0.1
Ni
0.1
O3单电池在600℃下以0.2A cm
‑2电流恒流放电120小时的电压曲线；
[0022]图6是本专利技术一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料及其制备方法实施例的BaPr
0.8
Co
0.1
Ni
0.1
O3单电池截面微观形貌图。
具体实施方式
[0023]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0024]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0025]实施例一
[0026]1.制备阴极粉末
[0027](1)S1、按材料化学计量比1:1分别称取Ba(NO3)2、Pr(NO3)3·
6H2O金属硝酸盐，按照金属离子：乙二胺四乙酸：柠檬酸＝1：1：1.5(摩尔比)称取乙二胺四乙酸和柠檬酸；
[0028]S2、将金属硝酸盐倒入烧杯中，加入去离子水，在80℃温度下搅拌至溶液澄清，再加入乙二胺四乙酸，缓慢滴加氨水至乙二胺四乙酸溶解，再加入柠檬酸和氨水，调节溶液pH值为8，保持溶液在80℃搅拌至形成凝胶；
[0029]S3、将步骤S2中得到的凝胶放入烘箱中，280℃烘5小时至凝胶变干，获得前驱体；
[0030]S4、将步骤S3中的前驱体研磨后，放入马弗炉中，在空气气氛下1100℃煅烧5小时，得到BaPrO3阴极粉末。
[0031](2)S1、按材料化学计量比10:9:1分别称取Ba(NO3)2、Pr(NO3)3·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O金属硝酸盐，按照金属离子：乙二胺四乙酸：柠檬酸＝1：1：1.5(摩尔比)称取乙二胺四乙酸和柠檬酸；
[0032]S2、将金属硝酸盐倒入烧杯中，加入去离子水，在80℃温度下搅拌至溶液澄清，再
加入乙二胺四乙酸，缓慢滴加氨水至乙二胺四乙酸溶解，再加入柠檬酸和氨水，调节溶液pH值为8，保持溶液在80℃搅拌至形成凝胶；
[0033]S3、将步骤S2中得到的凝胶放入烘箱中，280℃烘5小时至凝胶变干，获得前驱体；
[0034]S4、将步骤S3中的前驱体研磨后，放入马弗炉中，在空气气氛下1100℃煅烧5小时，得到BaPr
0.9
Co
0.1
O3阴极粉末。
[0035](3)S1、按材料化学计量比10:9:1分别称取Ba(NO3)2、Pr(NO3)3·
6H2O、Ni(NO3)2·<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料，其特征在于：分子式为BaPr1‑
x
‑
y
Co
x
Ni
y
O3(0≤x≤0.2，0≤y≤0.2)。2.一种钙钛矿型质子陶瓷燃料电池单相阴极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按材料化学计量比分别称取Ba、Pr、Co和Ni的金属硝酸盐，称取乙二胺四乙酸和柠檬酸；S2、将金属硝酸盐倒入烧杯中，加入去离子水，在80℃温度下搅拌至溶液澄清，再加入乙二胺四乙酸，缓慢滴加氨水至乙二胺四乙酸溶解，再加入柠檬酸和氨水，调节溶液pH值，搅拌至形成凝胶；S3、将步骤S2中得到的凝胶放入烘箱中，280℃烘5小时至凝胶变干，获得前驱体；S4、将步骤S3中的前驱体研磨后，放入马弗炉中，在空气气氛下煅烧，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾礼超，杨昕威，颜冬，李箭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：