一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：向ABO3型阴极材料溶液中加入含钇元素的无机盐水合物，得到混合液；向混合液中加入第一络合剂、第二络合剂和pH调节剂，混合后经加热搅拌得到凝胶混合物；对凝胶混合物进行干燥处理、煅烧处理和研磨处理，得到钇掺杂的阴极材料。通过掺杂钇元素之后，阴极材料的极化阻抗减小；长时间的热循环使用下，阻抗的衰减程度减小；抗CO2毒化侵蚀的能力增加；在单电池的测试中保持较高的电流密度和长时间的稳定性。在力学性能方面，掺杂钇元素之后，热膨胀系数能够降低，提升阴极材料的断裂强度、杨氏模量和硬度。杨氏模量和硬度。杨氏模量和硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，尤其涉及一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化成电能的全固态化学发电装置，且对环境友好。目前很多研究在提升阴极材料的电化学性能时，忽略了其力学性能的提升，而力学性能往往是影响固体氧化物燃料电池寿命和稳定性的关键因素。
[0003]由于忽略了阴极材料的力学性能的提升，导致现有的固体氧化物燃料电池的阴极材料很容易在长时间的循环使用下发生剥落、断裂和变形。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有阴极材料易发生剥落、断裂和变形的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：一种钇掺杂的阴极材料的制备方法，包括步骤：向ABO3型阴极材料溶液中加入含钇元素的无机盐水合物，得到混合液；其中，A选自稀土元素、碱土金属元素中的一种或两种，B为过渡金属元素；向所述混合液中加入第一络合剂、第二络合剂和pH调节剂，混合后经加热搅拌得到凝胶混合物；对所述凝胶混合物进行干燥处理、煅烧处理和研磨处理，得到钇掺杂的阴极材料。
[0007]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述含钇元素的无机盐水合物选自Y(NO3)3·
6H2O、Y(C2H3O2)3·
4H2O、YCl3·
6H2O中的一种或多种。
[0008]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述稀土元素选自La、Pr、Sm、Gd、Nd中的一种或多种；所述碱土金属元素选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra中的一种或多种；所述过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ce中的一种或多种。
[0009]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述第一络合剂选自柠檬酸、苹果酸、草酸中的一种或多种；所述第二络合剂选自乙二胺四乙酸、氨三乙酸、二乙烯三胺五羧酸盐中的一种或多种；所述pH调节剂选自氨水、丙酮、乙醇胺中的一种或多种。
[0010]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述混合液中的金属离子与所述第一络合剂、所述第二络合剂和所述pH调节剂的摩尔比为1:(1~2):1:(9~11)。
[0011]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述钇掺杂的阴极材料中，钇元素在B位的掺杂摩尔百分比为10~20%。
[0012]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述干燥处理的温度为150~200℃，
所述干燥处理的时间为5~10小时。
[0013]所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其中，所述煅烧处理的温度为1000~1200℃，所述煅烧处理的时间为5~10小时。
[0014]一种利用所述钇掺杂的阴极材料的制备方法制得的钇掺杂的阴极材料。
[0015]一种钇掺杂的阴极材料在固体氧化物燃料电池中的应用。
[0016]有益效果：本专利技术提供一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：向ABO3型阴极材料溶液中加入含钇元素的无机盐水合物，得到混合液；其中，A选自稀土元素、碱土金属元素中的一种或两种，B为过渡金属元素；向所述混合液中加入第一络合剂、第二络合剂和pH调节剂，混合后经加热搅拌得到凝胶混合物；对所述凝胶混合物进行干燥处理、煅烧处理和研磨处理，得到钇掺杂的阴极材料。本专利技术通过在溶胶
‑
凝胶法合成材料的时候，加入含有钇元素的无机盐水合物，在高温烧制的时候钇元素会和别的元素一起自组装生成多相的钙钛矿复合物，该复合物在保持原有材料的电化学性能的同时，能够提升力学性能。在电化学性能方面，掺杂钇元素之后，阴极材料的极化阻抗减小；长时间的热循环使用下，阻抗的衰减程度减小；抗CO2毒化侵蚀的能力增加；在单电池的测试中保持较高的电流密度和长时间的稳定性。而在力学性能方面，掺杂钇元素之后，热膨胀系数能够降低；在常温和高温的球
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环模型断裂强度测试下，能显著提升断裂强度；在常温和高温的纳米压痕测试下，能显著提升杨氏模量和硬度。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一种钇掺杂的阴极材料的制备方法的工艺流程示意图；图2为实施例1中BCC和掺杂Y之后的BCCY的XRD图谱；图3为实施例1中掺杂钇之后阴极材料的极化阻抗变化图；图4为实施例1中掺杂钇之后阴极材料的热循环性能的提升数据图；图5为实施例1中掺杂钇之后阴极材料的抗CO2侵蚀能力的提升数据图；图6为实施例1中掺杂钇之后阴极材料的断裂强度在不同温度测试下的提升数据图；图7为实施例1中掺杂钇之后阴极材料的杨氏模量在不同温度测试下的提升数据图；图8为实施例1中掺杂钇之后阴极材料的硬度在不同温度测试下的提升数据图。
具体实施方式
[0018]本专利技术提供一种钇掺杂的阴极材料及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0019]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0020]如图1所示，本专利技术提供一种钇掺杂的阴极材料的制备方法，包括步骤：步骤S10：向ABO3型阴极材料溶液中加入含钇元素的无机盐水合物，得到混合液；其中，A选自稀土元素、碱土金属元素中的一种或两种，B为过渡金属元素；步骤S20：向所述混合液中加入第一络合剂、第二络合剂和pH调节剂，混合后经加热搅拌得到凝胶混合物；步骤S30：对所述凝胶混合物进行干燥处理、煅烧处理和研磨处理，得到钇掺杂的阴极材料。
[0021]本实施方式中，在溶胶
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凝胶法合成阴极材料时加入含钇元素的无机盐水合物得到混合液，并向所述混合液中加入第一络合剂、第二络合剂和pH调节剂，通过pH调节剂调节混合液的pH数值，利用第一络合剂和第二络合剂与混合液中的金属离子生成络合物，使得原料各组分均匀混合，提高产物的纯度，且可以准确控制化学计量比；最后通过干燥、煅烧处理将所述凝胶混合物依次进行烘干和烧制，在高温烧制时，钇元素会和别的元素一起自组装生成多相的钙钛矿复合物，该复合物在保持原有材料的电化学性能的同时，还能够提升力学性能。具体地，钇元素的掺杂主要用于B位的掺杂，通过在ABO3型阴极材料中的B位实现钇元素的掺杂，可以提升阴极材料在常温（25℃）到高温（700℃）多温度区间的力学性能。利用上述制备方法实现在阴极材料中钇掺杂之后，阻抗减低20%以上，循环衰减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钇掺杂的阴极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：向ABO3型阴极材料溶液中加入含钇元素的无机盐水合物，得到混合液；其中，A选自稀土元素、碱土金属元素中的一种或两种，B为过渡金属元素；向所述混合液中加入第一络合剂、第二络合剂和pH调节剂，混合后经加热搅拌得到凝胶混合物；对所述凝胶混合物进行干燥处理、煅烧处理和研磨处理，得到钇掺杂的阴极材料。2.根据权利要求1所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述含钇元素的无机盐水合物选自Y(NO3)3·
6H2O、Y(C2H3O2)3·
4H2O、YCl3·
6H2O中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述稀土元素选自La、Pr、Sm、Gd、Nd中的一种或多种；所述碱土金属元素选自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra中的一种或多种；所述过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ce中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的钇掺杂的阴极材料的制备方法，其特征在于，所述第一络合剂选自柠檬酸、苹果酸、草酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彬，杨洪鑫，谢和平，倪萌，章远，宋鹏翔，欧宗现，卫俊，周军，游俊达，李俊彪，刘志鹏，申素玲，
申请(专利权)人：港华能源创科深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：