自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合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
，尤其涉及一种自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合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
(SOFC)
是一种将化学能直接转换为电能的高效清洁能源发电技术，因其能量转换效率高，清洁无污染的特点而备受关注
。
传统
SOFC
在高温条件下
(800
‑
1000℃)
工作存在很多问题，因此人们致力于将
SOFC
的工作温度降至中温范围内
(600
‑
800℃)。
但工作温度的降低导致
SOFC
阴极材料氧还原反应的电催化活性也会发生急剧的降低，进而给阴极的极化阻抗和
SOFC
的整体性能带来不利影响
。
因此，研发在中温范围内具有良好氧还原催化活性的新型阴极材料已成为固体氧化物燃料电池的重要研究方向
。
[0003]在中温固体氧化物燃料电池的各类阴极材料中，
SrFeO3‑
δ
基钙钛矿阴极材料的热膨胀系数较低，与传统电解质材料之间的热匹配性较好，但其氧还原催化活性较差
。
目前，研究人员主要是通过掺杂的方式来提高
SrFeO3‑
δ
基钙钛矿阴极材料的催化活性
。
例如，公开号为/>CN103682373A
的专利提供了一种非钴中温固体氧化物燃料电池稳定阴极材料及其应用，通过在
SrFeO3‑
δ
的
A
位掺杂
Nd
，在
B
位掺杂
Cu
，使制得的单相阴极材料具有优良的氧还原催化活性，电化学性能也有了大幅度改善
。
公开号为
CN109742414A
的专利提供了一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用，该专利通过利用价态高且稳定的
Ta
5+
和
Mo
6+
对
SrFeO3‑
δ
进行
Ta
和
Mo
的共掺杂，使其共同取代
SrFeO3‑
δ
中的
Fe
，从而获得一种在中温区结构稳定，氧还原催化活性良好的单相阴极材料
。
然而，上述掺杂方式制得的均是单相结构的阴极材料，对阴极材料的氧还原催化活性的改善效果有限
。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种改进的两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法与应用，以解决上述问题
。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法与应用
。
本专利技术通过对铁基钙钛矿
SrFeO3‑
δ
同时进行
Sr
位
Nd
掺杂和
Fe
位缺位处理，基于一步溶胶凝胶法进行自组装，制备的复合阴极材料中同时含有正交型钙钛矿相和
RP
型钙钛矿相，在协同发挥两相材料优势的同时结合两相异质界面处存在的快速氧传输路径，有效提高了阴极材料的氧还原反应活性
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料，所述复合阴极材料中
Sr、Nd、Fe、O
的摩尔比为1‑
x:x:1
‑
y:3
‑
δ
；所述复合阴极材料包括主相和第二相，所述主相为正交型钙钛矿相，化学式为
Sr1‑
a
Nd
a
FeO3‑
δ1，所述第二相为
RP
型钙钛矿相，化学式为
Sr3‑
b
Nd
b
Fe2O7‑
δ2；其中，0＜
x≤0.1
，0＜
y≤0.1
，0＜
a≤0.1
，0＜
b≤0.3
，
0≤
δ
≤0.5
，
0≤
δ
1≤0.5
，
0≤
δ
2≤1。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述主相和所述第二相的质量比为
50
～
65:35
～
50。
[0008]本专利技术还提供了上述自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1、
按照预定的摩尔比配置
Sr
源
、Nd
源和
Fe
源；
[0010]S2、
将步骤
S1
中配置的
Sr
源
、Nd
源
、Fe
源溶于水中，得到混合溶液；再向所述混合溶液中加入柠檬酸和乙二胺四乙酸，调节
pH
值后经搅拌反应，自组装得到反应物；
[0011]S3、
对所述反应物进行加热处理，得到前驱体；
[0012]S4、
对所述前驱体进行煅烧处理，得到复合阴极材料
。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，在步骤
S1
中，所述
Sr
源
、Nd
源和
Fe
源分别为硝酸锶
、
硝酸钕和硝酸铁
。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤
S2
中，所述乙二胺四乙酸
、
柠檬酸与所述混合溶液中的金属阳离子的摩尔比为
1:1.5:1。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤
S2
中，所述调节
pH
值的方式为：加氨水将
pH
值调节至中性
。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤
S2
中，所述搅拌反应的时间为1～
2h。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤
S3
中，所述加热处理包括将所述反应物充分加热至溶液蒸发，形成凝胶状物质；再将所述凝胶状物质加热至自燃，并持续加热至燃烧反应结束，得到前驱体
。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤
S4
中，所述煅烧处理包括将所述前驱体置于
500
～
700℃
下预烧3～
5h
，得到预烧产物；将所述预烧产物研磨后，再置于
1100...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料，其特征在于：所述复合阴极材料中
Sr、Nd、Fe、O
的摩尔比为1‑
x:x:1
‑
y:3
‑
δ
；所述复合阴极材料包括主相和第二相，所述主相为正交型钙钛矿相，化学式为
Sr1‑
a
Nd
a
FeO3‑
δ1，所述第二相为
RP
型钙钛矿相，化学式为
Sr3‑
b
Nd
b
Fe2O7‑
δ2；其中，0＜
x≤0.1
，0＜
y≤0.1
，0＜
a≤0.1
，0＜
b≤0.3
，
0≤
δ
≤0.5
，
0≤
δ
1≤0.5
，
0≤
δ
2≤1。2.
根据权利要求1所述的自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料，其特征在于：所述主相和所述第二相的质量比为
50
～
65:35
～
50。3.
一种权利要求1或2所述的自组装两相异质结构固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
按照预定的摩尔比配置
Sr
源
、Nd
源和
Fe
源；
S2、
将步骤
S1
中配置的
Sr
源
、Nd
源
、Fe
源溶于水中，得到混合溶液；再向所述混合溶液中加入柠檬酸和乙二胺四乙酸，调节
pH
值后经搅拌反应，自组装得到反应物；
S3、
对所述反应物进行加热处理，得到前驱体；
S4、
对所述前驱体进行煅烧处理，得到复合阴极材料

【专利技术属性】
技术研发人员：姚传刚，娄昊，张海霞，陈明村，张喆，夏白溪，孙玉喜，郎笑石，蔡克迪，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：