一种制造技术

本发明专利技术提供一种

【技术实现步骤摘要】
一种SOFC双钙钛矿型电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种
SOFC
双钙钛矿型电极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池
(SOFC)
是一种高效
、
低污染
、
多燃料适用的新能源技术，具有较高的发电效率和长寿命，能够同时使用多种燃料，如天然气
、
生物质和水分解产生的氢气等
。SOFC
技术应用的领域非常广泛，包括工业生产
、
住宅供电
、
交通运输等
。
与传统火力发电和化石燃料相比，
SOFC
技术在减少温室气体排放和提高能源利用效率方面具有显著优势
。
传统
SOFC
的阳极材料使用
Ni
基复合陶瓷材料，阴极使用钙钛矿材料
。
由于阳极和阴极使用不同的材料，制备工艺繁琐，耗能高
。
传统的阳极材料
(Ni
基陶瓷材料
)
使用碳氢燃料或者含硫的燃料时会出现一系列问题
。
这些问题包括碳沉积
、
硫中毒和颗粒团聚，这些问题会导致
SOFC
的性能下降和寿命缩短
。
使用同一种钙钛矿材料作为
SOFC
的阴极和阳极，形成对称电池结构，可大幅简化制备工艺，降低制备能耗；相比/>Ni
基复合陶瓷材料，钙钛矿材料作为阳极时具有良好的抗积碳和抗硫毒化性能；并且，对称电池的燃料侧和空气侧可互换，从而消除燃料侧的积碳和硫毒化，实现电池性能的恢复
。
[0003]因此，亟需开发一种具有良好电化学性能的对称电池电极材料，从而降低电池制备成本
、
提高电池的抗积碳和抗硫毒化性能
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种
SOFC
双钙钛矿型电极材料及其制备方法和应用
。
本专利技术通过在
B
位掺杂
Fe
原子，使得制备的
SOFC
双钙钛矿型电极材料表面会有均匀的纳米粒子析出，这些纳米粒子修饰能够增加电极表面的活性位点数目和有效反应表面积，有利于提高电极的反应速率和循环稳定性，从而提高固体氧化物燃料电池的发电功率和稳定性
。
此外，该
SOFC
双钙钛矿型电极材料还原后具有好的兼容性
、
高催化活性和丰富的反应界面，同时可降低电池制备成本，提高电池的抗积碳和抗硫毒化性能，具有较好地应用前景
。
[0005]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种
SOFC
双钙钛矿型电极材料，所述
SOFC
双钙钛矿型电极材料的化学通式为
LaKMn1‑
x
Fe
x
MoO6‑2δ
，
0.1≤x≤0.2。
[0007]本专利技术通过在
B
位掺杂
Fe
原子，使得制备的
SOFC
双钙钛矿型电极材料表面会有均匀的纳米粒子析出，这些纳米粒子修饰能够增加电极表面的活性位点数目和有效反应表面积，有利于提高电极的反应速率和循环稳定性，从而提高固体氧化物燃料电池的发电功率和稳定性
。
此外，该
SOFC
双钙钛矿型电极材料还原后具有好的兼容性
、
高催化活性和丰富的反应界面，同时可降低电池制备成本，提高电池的抗积碳和抗硫毒化性能，具有较好地应用前景
。
[0008]本专利技术中，在
B
位掺杂
Fe
原子后，
Fe
和
Mo
可以起到协同配合的效果，从而有利于提高材料的催化活性
。
[0009]需要说明的是，
δ
指的是氧缺陷含量，6‑2δ
的数值使得
LaKMn1‑
x
Fe
x
MoO6‑2δ
的化合价平衡
。
[0010]本专利技术中，
0.1≤x≤0.2
，例如可以是
0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19
或
0.2
等
。
[0011]本专利技术中，若
Fe
元素的掺杂量过少，则起不到相应的作用；若
Fe
元素的掺杂量过多，则可以提高电池功率密度，降低电极阻抗，提高电池的电化学性能
。
[0012]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述
SOFC
双钙钛矿型电极材料的化学式为
LaKMn
0.9
Fe
0.1
MoO6‑2δ
或
LaKMn
0.8
Fe
0.2
MoO6‑2δ
。
[0013]本专利技术中，化学式为
LaKMn
0.9
Fe
0.1
MoO6‑2δ
或
LaKMn
0.8
Fe
0.2
MoO6‑2δ
的
SOFC
双钙钛矿型电极材料可以在固体氧化物燃料电池中良好的工作，有利于提高电池的发电功率和稳定性
。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的
SOFC
双钙钛矿型电极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0015]将
La
源
、K
源
、Mn
源
、Fe
源和
Mo
源按照对应元素的化学计量比混合，进行压片和烧结后，得到所述
SOFC
双钙钛矿型电极材料
。
[0016]本专利技术提供的
SOFC
双钙钛矿型电极材料的制备方法工艺简单，成本低，具有较好地应用前景
。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述
La
源包括
La2O3和
/
或
La2(CO3)3。
[0018]优选地，所述
K
源包括
K2CO3和
/
或
K2O。
[0019]优选地，所述
Mn
源包括
MnO2、MnO
或
MnCO3中的任意一种或至少两种的组合
。
[0020]优选地，所述
Fe
源包括
Fe2O3、Fe2(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
SOFC
双钙钛矿型电极材料，其特征在于，所述
SOFC
双钙钛矿型电极材料的化学通式为
LaKMn1‑
x
Fe
x
MoO6‑2δ
，
0.1≤x≤0.2。2.
根据权利要求1所述的
SOFC
双钙钛矿型电极材料，其特征在于，所述
SOFC
双钙钛矿型电极材料的化学式为
LaKMn
0.9
Fe
0.1
MoO6‑2δ
或
LaKMn
0.8
Fe
0.2
MoO6‑2δ
。3.
一种如权利要求1或2所述的
SOFC
双钙钛矿型电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将
La
源
、K
源
、Mn
源
、Fe
源和
Mo
源按照对应元素的化学计量比混合，进行压片和烧结后，得到所述
SOFC
双钙钛矿型电极材料
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述
La
源包括
La2O3和
/
或
La2(CO3)3；优选地，所述
K
源包括
K2CO3和
/
或
K2O
；优选地，所述
Mn
源包括
MnO2、MnO
或
MnCO3中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述
Fe
源包括
Fe2O3、Fe2(CO3)3或
FeCO3中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述
Mo
源包括
MoO3和
/
或
MoO2；优选地，所述混合的时间为
1.5
‑
2.5h。5.
根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述压片和烧结的具体步骤包括：将混合得到的混合料进行一次压片和一次烧结，得到第一产物，然后对所述第一产物进行二次压片和二次烧结，得到第二产物，然后对所述第二产物进行三次压片和三次烧结
。6.
根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述一次烧结的温度＜所述二次烧结的温度＜所述三次烧结的温度；优选地，所述一次烧结的温度为
800
‑
950℃
，时间为8‑
12h
；优选地，所述二次烧结的温度为
900
‑
1000℃
，时间为8‑
12h
；优选地，所述三次烧结的温度为
1000
‑
1200℃
，时间为
15
‑
25h。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：李明飞，陈正鹏，钱秀洋，董江波，孙传骐，熊凯，饶睦敏，陈创庭，凌意瀚，
申请(专利权)人：广东能源集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：