【技术实现步骤摘要】
本申请涉及固体氧化物燃料电池，特别涉及一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，简称sofc）由于能效高、绿色环保、燃料来源广等优势逐渐被众多研究者关注。当前技术发展成熟的sofc的工作温度大多介于800℃-1000℃的范围之间，在如此高的环境温度下运行势必会产生一系列问题，例如高昂的制备成本以及各组件之间热膨胀系数不匹配等，因此，操作温度区间为600℃-800℃的中温固体氧化物燃料电池（intermediate temperature-solid oxide fuel cells，简称it-sofc）逐渐成为sofc技术发展研究的重点领域。然而，操作温度的降低虽然可解决高温sofc的部分弊端，促进sofc技术的发展，但在中低温的工作条件下，阴极材料的导电性能及催化活性往往不尽人意，不利于电池性能的提升。
2、bafeo3-δ是一类具有应用前景的miec阴极材料，ba2+的大离子半径和相对低的价态有利于在晶格中产生更多氧空位并用于氧传输，此外，过渡金属fe具有可变的氧化态和自旋态，这有利于增强阴极材料的催化活性。在sofc领域，由于bafeo3-δ难以形成稳定的纯相，导致其不能形成稳定的立方钙钛矿结构，不利于电化学性能的改善，无法作为理想的sofc阴极材料。基于此，本申请提出一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料 。
技术实现思路
1、本申请的主要目的是提供一种铋镧共掺杂的中温s
2、为实现上述目的，本申请提出了一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料，所述中温sofc阴极材料以bafeo3-δ为基体，利用bi、la对所述bafeo3-δ的a位进行掺杂；
3、所述中温sofc阴极材料的化学式为(bi0.5ba0.5)1-xlaxfeo3-δ，其中，x为la的掺杂量，0＜x＜1，δ为氧空位的含量。
4、可选地，所述x的取值为0.1、0.2或0.3；
5、所述中温sofc阴极材料的化学式为(bi0.5ba0.5)0.9la0.1feo3-δ、(bi0.5ba0.5)0.8la0.2feo3-δ或(bi0.5ba0.5)0.7la0.3feo3-δ。
6、本申请还提出了一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料的制备方法，包括以下步骤：
7、按照所述中温sofc阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取bi2o3、baco3、la2o3、fe2o3粉体原料，进行球磨后，干燥，得混合粉体；
8、将所述混合粉体研磨并压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，得到阴极材料(bi0.5ba0.5)1-xlaxfeo3-δ。
9、可选地，所述按照所述中温sofc阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取bi2o3、baco3、la2o3、fe2o3粉体原料，进行球磨后，干燥，得混合粉体的步骤，包括：
10、按照所述中温sofc阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取bi2o3、baco3、la2o3、fe2o3粉体原料，并加入无水乙醇混合后，球磨4h-6h，再在75℃-85℃下干燥10h-14h，得混合粉体。
11、可选地，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为700℃-900℃，煅烧时间为7h-9h。
12、可选地，所述两次煅烧步骤中，第二次煅烧过程中，煅烧温度为900℃-1100℃，煅烧时间为18h-22h。
13、可选地，所述两次煅烧步骤中，在第二次煅烧前，加无水乙醇进行研磨并压片。
14、可选地，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧与第二次煅烧均于空气气氛下进行。
15、可选地，所述两次煅烧步骤后，还包括：将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到阴极材料(bi0.5ba0.5)1-xlaxfeo3-δ。
16、本申请还提出了一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料的应用，将所述中温sofc阴极材料应用在固体氧化物燃料电池中制备对称电池或阳极支撑单电池。
17、本申请的有益效果为：
18、本申请以bafeo3-δ作为基体材料，将bi、la掺杂到bafeo3-δ阴极材料的a位，成功合成了具有混合相钙钛矿结构的阴极材料(bi0.5ba0.5)1-xlaxfeo3-δ，由于bafeo3-δ难以形成稳定的纯相，不利于其形成稳定的立方钙钛矿结构，而通过将bi部分掺杂到bafeo3-δ的ba位，由于ba2+的价态低于bi3+，基于电荷补偿的原理，bi3+的掺杂可显著抑制第二相并促进氧空位的形成，这有利于稳定晶体结构，并保持阴极材料的结构稳定性，同时有利于氧的吸附与解离及电荷转移，从而增强阴极材料的氧化还原能力，再通过将la部分掺杂到bafeo3-δ的a位，使la部分取代ba，la的化合价会随着ba含量的变化而发生改变，这有利于稳定阴极材料的晶体结构，从而进一步提高阴极材料的结构稳定性；且通过la元素的掺杂，能够降低阴极材料的热膨胀系数，经过bi、la元素掺杂的阴极材料的平均tec值与gdc电解质的tec值相近，热匹配性良好；且阴极材料的电导率随着la元素掺杂比例的增加而升高，la元素的掺杂还能够大大提高阴极材料的输出功率密度，使得阴极材料电化学性能优异，从而解决了bafeo3-δ难以形成稳定的纯相、结构不稳定的问题，使得阴极材料(bi0.5ba0.5)1-xlaxfeo3-δ在中低温范围内具有稳定的混合相钙钛矿结构、高电导率和高氧还原反应催化活性，可作为理想的中温sofc阴极材料。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种铋镧共掺杂的中温SOFC阴极材料，其特征在于，所述中温SOFC阴极材料以BaFeO3-δ为基体，利用Bi、La对所述BaFeO3-δ的A位进行掺杂；
2.根据权利要求1所述的铋镧共掺杂的中温SOFC阴极材料，其特征在于，所述x的取值为0.1、0.2或0.3；
3.一种如权利要求1-2任一项所述的铋镧共掺杂的中温SOFC阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取Bi2O3、BaCO3、La2O3、Fe2O3粉体原料，进行球磨后，干燥，得混合粉体的步骤，包括：
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为700℃-900℃，煅烧时间为7h-9h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第二次煅烧过程中，煅烧温度为900℃-1100℃，煅烧时间为18h-22h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧与第二次煅烧均于空气气氛下进行。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤后，还包括：将经过两次煅烧后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到阴极材料(Bi0.5Ba0.5)1-xLaxFeO3-δ。
10.一种如权利要求1-2任一项所述的铋镧共掺杂的中温SOFC阴极材料的应用，其特征在于，将所述中温SOFC阴极材料应用在固体氧化物燃料电池中制备对称电池或阳极支撑单电池。
...【技术特征摘要】
1.一种铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料，其特征在于，所述中温sofc阴极材料以bafeo3-δ为基体，利用bi、la对所述bafeo3-δ的a位进行掺杂；
2.根据权利要求1所述的铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料，其特征在于，所述x的取值为0.1、0.2或0.3；
3.一种如权利要求1-2任一项所述的铋镧共掺杂的中温sofc阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述按照所述中温sofc阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取bi2o3、baco3、la2o3、fe2o3粉体原料，进行球磨后，干燥，得混合粉体的步骤，包括：
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为700℃-900℃，煅烧时间为7h-9h。
【专利技术属性】
技术研发人员：和永，雷宪章，刘雨禾，许子卿，周元兴，曾婧，伍彩虹，
申请(专利权)人：成都岷山绿氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。