一种基于水凝胶的固体电极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种基于水凝胶的固体电极材料

【技术实现步骤摘要】
一种基于水凝胶的固体电极材料、固体电极、电池及电极材料和固体电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及固体电极
，具体的说是一种基于水凝胶的固体电极材料
、
固体电极
、
电池及电极材料和固体电极的制备方法
。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池是一种具备能量转换效率高
、
燃料选择范围广和低污染等优点的能量转换装置，可将化学能转换为电能和热能的电化学装置，因而极具吸引力
。
与传统内能机
35
％的发电效率相比，燃料电池的发电效率高达
60
％以上，且不受卡诺循环的限制，所以固体氧化物燃料电池是未来能源发展的重要方向
。
固体氧化物燃料电池的工作效率受阴极的氧还原反应制约，研发新的高性能阴极材料或改良现有经典电极材料是提高固体氧化物燃料电池性能的关键
。
经过众多学者对中低温固体氧化物燃料电池阴极的长期研发和验证，目前已经被广泛认可的阴极材料有
La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3‑
δ
(LSCF)、Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
(BSCF)、La
0.8
Sr
0.2
MnO3(LSM)
和
Sm
0.5
Sr
0.5
CoO3‑
δ
(SSC)
等
。
同时大量研究表明钙钛矿基阴极催化剂的性能取决于结构与成分，结构与成分在很多程度又依附于材料的合成与制备方法，主要原因是制备方法会导致材料的组成和结构差异从而影响整体催化活性，如氧空位浓度
、
颗粒尺寸
、
烧结活性和孔道结构等
。
[0003]现在常见报道的阴极粉体制备方法的优缺点如下：
(1)
溶胶
‑
凝胶法，该方法设备简易
、
加工温度低
、
产物纯度高；但需要严格控制各个参数，如温度
、pH
值
、
反应时间等，如果任何一个步骤出现偏差，可能会影响材料的质量和性能；
(2)
沉淀法，该方法成本低
、
制备简单，但需要严格控制沉降速度和顺序制备的产物纯净度往往不高，易团聚，材料活性相对较低；
(3)
水热合成法，该方法利用密闭容器中的高压使溶液重结晶的过程，此法结晶温度较低，且反应时间长
、
不适合规模化生产；
(4)
静电纺丝法，尽管该方法可得到丰富是连通孔和孔隙率，但由于纺丝主要是由有机物粘结的，因此在煅烧以及实际使用的过程中易断裂，再者过高的烧结温度会导致骨架结构的坍塌，但烧结温度低时会导致电极
/
电解质界面的结合性差；
(5)
甘氨酸硝酸盐法，改方法利用甘氨酸与硝酸盐反应时释放的大量热量在瞬间内生成金属氧化物，有反应迅速，组分可控
、
比表面积大
、
粉体蓬松
、
颗粒细小等优点，但是反应剧烈难以控制，粉体收集困难
。
上述各方法使用到的有机物分子量小或用量少，经过较低温度碳化后有机组分难以保留，因此无法促使钙钛矿阴极材料的氧空位的产生和阻止更高温度煅烧过程中细粉的团聚
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决现有技术中固体电极粉体聚集严重
、
氧空位浓度低和电极催化性能不高的问题，提供一种基于水凝胶的固体电极材料
、
固体电极
、
电池及电极材料和固体电极的制备方法
。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种基于水凝胶的固
体电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、
取水凝胶单体和金属源加入水溶液中混匀，向混合液中加入交联引发剂和加速剂，得到含金属源的水凝胶复合物；
[0007]S2、
将含金属源的水凝胶复合物进行干燥处理，得到水凝胶复合物固体；
[0008]S3、
将水凝胶复合物固体进行热处理，即制得固体电极材料
。
[0009]作为本专利技术一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法的进一步优化：所述水凝胶单体为化学合成类水凝胶和天然大分子类水凝胶中的一种或多种
。
[0010]作为本专利技术一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法的进一步优化：所述金属源为水溶性的无机盐或有机盐
。
[0011]作为本专利技术一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法的进一步优化：所述金属源为钆盐
、
钐盐
、
镧盐
、
钇盐
、
钪盐
、
锰盐
、
铁盐
、
钴盐
、
镍盐
、
铜盐
、
锌盐
、
锶盐以及盐源中的至少两种
。
[0012]作为本专利技术一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法的进一步优化：所述步骤
S1
的水溶液中凝胶的质量浓度为5～
40
％，金属离子的总摩尔浓度为
0.005
～
0.1mol/L。
[0013]作为本专利技术一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法的进一步优化：所述步骤
S3
中的热处理具体为：先在
200
～
300℃
下进行碳化，然后在
550
～
650℃
及惰性氛围下进行预煅烧，最后在
700
～
800℃
下进行煅烧
。
[0014]一种基于水凝胶的固体电极材料，由上述制备方法制得
。
[0015]一种基于水凝胶的固体电极的制备方法，将电极材料与粘结剂混合均匀并丝网印刷于电解质表面，经过高温烧结即制得固体电极
。
[0016]作为本专利技术一种基于水凝胶的固体电极的制备方法的进一步优化：所述高温烧结的温度为
850
～
1050℃。
[0017]一种基于水凝胶的固体电极，由上述制备方法制得
。
[0018]一种固体氧化物燃料电池，该燃料电池包括上述的固体电极
。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020]一
、
本专利技术利用水凝胶的羧基
、
氨基和磺酸基等功能基团的吸附和螯合等化学作用锚定金属离子，同时水凝胶的三维网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
取水凝胶单体和金属源加入水溶液中混匀，向混合液中加入交联引发剂和加速剂，得到含金属源的水凝胶复合物；
S2、
将含金属源的水凝胶复合物进行干燥处理，得到水凝胶复合物固体；
S3、
将水凝胶复合物固体进行热处理，即制得固体电极材料
。2.
如权利要求1所述一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法，其特征在于：所述水凝胶单体为化学合成类水凝胶和天然大分子类水凝胶中的一种或多种
。3.
如权利要求1所述一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法，其特征在于：所述金属源为水溶性的无机盐或有机盐
。4.
如权利要求3所述一种基于水凝胶的固体电极材料的制备方法，其特征在于：所述金属源为钆盐
、
钐盐
、
镧盐
、
钇盐
、
钪盐
、
锰盐
、
铁盐
、
钴盐
、
镍盐
、
铜盐
、
锌盐
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈静，王博，孙旭镯，马路山，李波，孙明旭，万东锦，尹凯超，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：