本发明专利技术属于无机材料制备领域，涉及一种固体氧化物电解池阳极阻挡层纳米粉体及阻挡层制备方法。以Ｌａ或Ｓｍ或Ｇｄ和Ｃｅ的可溶性盐为原料，向其混合盐溶液中加入有机络合剂，以氨水调节ｐＨ值至８～９，混合均匀形成溶胶，搅拌加热形成凝胶，干燥后在电炉上加热点燃，通过瞬间的燃烧反应生成蓬松的粉末，经焙烧后获得立方萤石型结构颗粒尺寸１０～４０纳米的Ｍ↓［ｘ］Ｃｅ↓［１－ｘ］Ｏ↓［２－δ］粉体。将该粉体与有机粘结剂复配制备丝网印刷浆料，在钇稳定氧化锆电解质表面以丝网印刷的工艺成型，经烧结后获得固体氧化物电解池阳极阻挡层。本发明专利技术粉体合成方法简单，合成粉体粒径小、比表面积大、分散程度高；成型工艺操作简单、工艺灵活可控、生产周期短，适合规模生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机材料制备领域，涉及一种固体氧化物电解池阳极阻挡层纳米 粉体及阻挡层制备方法。
技术介绍
固体氧化物电解池(SOEC)是一种全陶瓷膜的电解池，工作在高温下，分 解水所需要的部分电能由热能代替，故电解效率很高，并且成本也不高。利用高 温SOEC电解水制氢是目前国际上最具有吸引力的制氢方法之一。目前国际上普遍采用钇稳定的氧化锆(YSZ)作为SOEC的电解质。而Zr02 基电解质在高温下与氧电极反应生成高阻抗相Sr2Zr04 (SZO)或La2Zr207 (LZO) 等，为了避免这一反应，引入在制备温度和操作温度下都不会同氧电极以及电解 质反应的Ce02基材料作为阻挡层。Ce02与YSZ—样是具有萤石型结构的氧化物，以稀土金属氧化物(La203， Gd203， Sm203， ￥203等)以适当的浓度掺杂引入氧离子空位后，Ce02离子电导 率显著提高，成为氧离子的良导体。以掺杂的Ce02作为电极/电解质间的阻挡层， 不仅能抑制电极/电解质界面反应和元素扩散，阻止高阻抗反应产物的生成，而且 因为该阻挡层材料的热膨胀系数介于电极和电解质之间，还可以改善两者之间的 热膨胀匹配。
技术实现思路
本专利技术提供一种固体氧化物电解池阳极阻挡层纳米粉体的制备方法，其特征 在于，所述固体氧化物电解池阳极材料阻挡层纳米粉体制备，其目的粉体通式为 MxCeLxCb.5，其中x-0 0.5， M为La、或Sm、或Gd，具体步骤如下(1) 按MxCe"02.6化学计量比，用La和Ce组分的无机原料，或者Sm和 Ce组分的无机原料，或者Gd和Ce组分的无机原料配制混合盐溶液；(2) 在上述混合盐溶液中加入有机络合剂，有机络合剂与金属离子总摩尔数 之比为1.0~2.5: 1;(3) 以氨水调节pH值为8 9， 6(TC 8(TC下混合均匀形成溶胶；(4) 将上步所得溶胶在搅拌下加热，形成凝胶，干燥，得千凝胶；(5) 将干凝胶在电炉上加热点燃，自蔓延反应瞬间完成，生成蓬松的粉末；(6) 将上步所得蓬松的粉末在55(TC 1000。C下焙烧，得到固体氧化物电解池 阳极阻挡层MxCe^02.s纳米粉体。所述步骤(1)中La的无机原料是La(N03V6H20， Ce的无机原料是 Ce(N03)3'6H20 ， Sm的无机原料是Sm(N03)3'6H20 ， Gd的无机原料是 Gd(N03)3.6H20。所述步骤(2)中有机络合剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸或甘氨酸或尿素。 本专利技术还提供了一种固体氧化物电解池阳极阻挡层的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤(41) 将MxCe^02.s阻挡层粉体以200目筛网过筛，再与有机粘结剂混合， 研磨成糊状，得到阻挡层丝网印刷浆料；(42) 在丝网印刷机上将上述阻挡层丝网印刷浆料涂敷在电解质基片表面得 到阻挡层涂层，在6(TC 12(TC、空气气氛中干燥24h;(43) 在1200°C 1500°C、空气气氛条件下烧结2~8h，即得到固体氧化物电 解池阳极阻挡层。所述步骤(41)中的有机粘结剂为松油醇和乙基纤维素按质量比19: l配制的混合物。所述步骤(42)中的电解质为钇稳定氧化锆。 本专利技术的技术特点如下1、 粉体合成路线的选择本专利技术选用溶胶-凝胶自蔓延法合成粉体，与其它 的方法相比，该方法合成粉体工艺简单，活性高，且避免了组分偏析等问题，所 有组分都存在于起始溶液中，使得混合粉末的最大均匀性得以实现，氧化物粉末 直接从前驱体凝胶中形成，它自身具备的自蔓延特性使得粉体的燃烧在几分钟内 完成，它既能够制得较细的粉体，又能够保证立方萤石晶型在较低的温度下形成。2、 前驱体的焙烧焙烧一方面可使自蔓延反应中未完全反应的前驱体凝胶 完全燃烧转变为氧化物，另一方面使前驱体中金属的氧化物和焙烧产生的氧化物反应并且相变为结晶态的萤石结构。所述焙烧温度控制在550 100(TC之间。焙烧温度过低，萤石结构转变不完全；焙烧温度过高，萤石结构纳米粉体的颗粒会迅 速长大并失去烧结活性。3、 成型工艺选择本专利技术采用丝网印刷工艺进行阻挡层薄膜的制备，该工 艺可灵活控制薄膜的成型厚度，薄膜的面积形状可随意变化，不受工艺限制。本专利技术的有益效果为原料为无机盐和常见的有机物，生产成本低；工艺简 单，萤石结构的元素计量比能够严格控制，产品纯度高；有机物的消耗量较低； 比较其他液相化学合成方法，本专利技术粉体制备周期短，合成的粉体粒径小、比表 面积大，粉体的分散程度高，质量稳定，能制备用作SOEC阳极阻挡层材料的纳 米级萤石结构的粉体。丝网印刷为一种常见的适用于大面积准二维平面成型工 艺，制备膜层均一性好，该方法操作简单，工艺灵活，能用于制作SOEC阳极阻 挡层薄膜。 附图说明图1是采用本专利技术方法合成的Lao.2Ceo.802.s、 Smo.2Ceo.802.s、 Gda2Ce。.802.s纳米粉体的XRD谱图2是采用本专利技术方法合成的Lao.2Ce。.802.s纳米粉体的TEM照片； 图3是采用本专利技术方法合成的Smo.2Cea802.s纳米粉体的TEM照片； 图4是采用本专利技术方法在120(TC， 4h烧结得到的SDC20阻挡层SEM照片； 图5是采用本专利技术方法合成的Gda2Ceas02.5纳米粉体的TEM照片； 图6是采用本专利技术方法在140(TC, 4h烧结得到的SDC20阻挡层SEM照片。 具体实施例方式本专利技术提供了一种固体氧化物电解池阳极阻挡层纳米粉体及阻挡层制备方 法，下面结合实施例和附图说明对本专利技术作进一步说明。 实施例l:准确称取摩尔比为0.2:0.8的La(N03)3'6H20和Ce(N03)3'6H20，以去离子水 溶解，加入与金属离子等摩尔量的柠檬酸，以磁力搅拌使其完全溶解后逐滴加入 氨水调节pH值至8 9，磁力搅拌下加热至6(TC，使其混合均匀形成透明的溶胶。 将该溶胶在磁力搅拌下加热至8(TC将水分蒸发形成凝胶，移至10(TC烘箱中进行 干燥，得干凝胶。将干凝胶在电炉上加热点燃，自蔓延反应瞬间完成，生成蓬松 的粉末。将该粉末在80(TC下焙烧，得到固体氧化物电解池阳极阻挡层 La0.2CeQ.8O2.s (LDC20)纳米粉体。将制得的纳米粉体以200目筛网过筛；按松油醇和乙基纤维素按质量比19: 1配制有机粘结剂，并按Lao.2Ceo.802.s粉体与有机粘结剂1:5的质量比加入粘结剂， 以玛瑙研钵充分研磨使其混合均匀，得到LDC20阻挡层丝网印刷浆料。在丝网 印刷机上将上述浆料涂敷在钇稳定氧化锆电解质基片表面得到LDC20阻挡层涂 层，在10(TC、空气气氛中干燥24h，在120(TC、空气气氛条件下烧结4h，即得 到固体氧化物电解池阳极LDC20阻挡层。图1中给出Laa2Ce。.802.5粉体的XRD谱图，图2为该粉体的TEM照片，其颗粒尺寸约为15纳米左右，粉体分散均匀 无团聚。实施例2准确称取摩尔比为0.2:0.8的Sm(N03)3'6H20和Ce(N03)3'6H20，以去离子水 溶解，加入与金属离子等摩尔量的柠檬酸，以磁力搅拌使其完全溶解后逐滴加入 氨水调节pH值至8 9，磁力搅拌下加热至6(TC,使其混合均匀形成透明的溶胶。 将该溶胶在磁力搅拌下加热至8(TC将水分蒸发形成凝胶，移至IO(TC本文档来自技高网...
【技术保护点】
固体氧化物电解池阳极阻挡层纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述固体氧化物电解池阳极材料阻挡层纳米粉体制备，其目的粉体通式为Ｍ↓［ｘ］Ｃｅ↓［１－ｘ］Ｏ↓［２－δ］，其中ｘ＝０～０．５，Ｍ为Ｌａ、或Ｓｍ、或Ｇｄ，具体步骤如下： （１）按 Ｍ↓［ｘ］Ｃｅ↓［１－ｘ］Ｏ↓［２－δ］化学计量比，用Ｌａ和Ｃｅ组分的无机原料，或者Ｓｍ和Ｃｅ组分的无机原料，或者Ｇｄ和Ｃｅ组分的无机原料配制混合盐溶液； （２）在上述混合盐溶液中加入有机络合剂，有机络合剂与金属离子总摩尔数之比为１． ０～２．５∶１； （３）以氨水调节ｐＨ值为８～９，６０℃～８０℃下混合均匀形成溶胶； （４）将上步所得溶胶在搅拌下加热，形成凝胶，干燥，得干凝胶； （５）将干凝胶在电炉上加热点燃，自蔓延反应瞬间完成，生成蓬松的粉末； （６）将上步所得蓬松的粉末在５５０℃～１０００℃下焙烧，得到固体氧化物电解池阳极阻挡层Ｍ↓［ｘ］Ｃｅ↓［１－ｘ］Ｏ↓［２－δ］纳米粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邓长生，孔江榕，徐景明，张勇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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