一种钙钛矿阳极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿阳极材料及其制备方法和应用，属于无机材料领域。本发明专利技术基于静电纺丝工艺，利用柠檬酸、乙二醇和PVP制得了网络结构多晶钙钛矿阳极材料，该材料的孔隙率为40％～60％，孔径为1～20μm，较大的孔隙率和孔径有利于燃料气体的迅速扩散，网络状结构同时形成了连续性好的电子、离子通道，网络结构由纳米晶粒组成，网络结构的纤维内部具有体积含量较高的纳米级孔隙结构，进一步增大了阳极催化反应活性区域，可以提高材料的电化学催化性能，且该阳极材料也方便在其内部浸渍、复合其它物相进行SOFC电极性能的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿阳极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及无机材料
，尤其涉及一种钙钛矿阳极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
LaCrO3基材料是目前直接碳氢燃料钙钛矿型阳极材料的研究热点之一，该类材料可以对烃类燃料表现出一定的电化学催化活性。通常在LaCrO3的A位掺杂Ca、Sr和B位掺杂Mn、Fe、Co、Ni、Cu、V、B等元素，调整其离子电导率或/和电子电导率，如B位高Mn掺杂量的La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)材料作为SOFC(固体氧化物燃料电池)阳极时表现出良好的抗积碳性能，但是该材料存在气体扩散、导电性和催化能力互为矛盾、相互制约的问题，在还原气氛中的电导率较低，导致电化学输出性能不佳，存在电化学催化性能低的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿阳极材料及其制备方法和应用。本专利技术通过静电纺丝工艺，制得了网络结构多晶钙钛矿阳极材料，提高了电化学催化性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种钙钛矿阳极材料的制备方法，包括以下步骤：根据La1-xSrxCr1-yMnyO3的化学计量比分别称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2与水混合，得到金属盐溶液，其中x＝0.1～0.4，y＝0.30～0.70；将所述金属盐溶液依次与柠檬酸和乙二醇混合后调节pH值为1.5～3，然后除去水分，得到粘稠状混合溶液；将所述粘稠状混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液混合，得到静电纺丝液；将所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到纤维；将所述纤维进行焙烧，得到所述钙钛矿阳极材料。优选地，所述柠檬酸的用量为金属盐溶液中阳离子摩尔总量的1～2倍。优选地，所述乙二醇与柠檬酸的摩尔量之比为1:1。优选地，所述除去水分为将所得调节pH值后的溶液密封，50～90℃水浴搅拌8～16h，然后打开密封，继续50～90℃下搅拌蒸发水分，直至粘稠状混合溶液的质量为金属盐溶液中硝酸盐总质量的1.7～2倍。优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液的质量百分比为6～12％，所述聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量为金属盐溶液中硝酸盐总质量的1～2％。优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为800000～1500000。优选地，所述静电纺丝的条件包括：使用25#医用针头，负压为-3～-1kV，正压为10～20kV，推速为0.01～0.1mm/min，温度为35～60℃，湿度为25％～75％，接收距离为10～25cm。优选地，所述焙烧为以0.3～0.6℃/min升温至800～1300℃后保温1～5h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的钙钛矿阳极材料，所述钙钛矿阳极材料的孔隙率为40％～60％，孔径为1～20μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的钙钛矿阳极材料直接作为固体氧化物燃料电池阳极的应用。本专利技术提供了一种钙钛矿阳极材料的制备方法，包括以下步骤：根据La1-xSrxCr1-yMnyO3的化学计量比分别称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2与水混合，得到金属盐溶液，其中x＝0.1～0.4，y＝0.30～0.70；将所述金属盐溶液依次与柠檬酸和乙二醇混合后调节pH值为1.5～3，然后除去水分，得到粘稠状混合溶液；将所述粘稠状混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液混合，得到静电纺丝液；将所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到纤维；将所述纤维进行焙烧，得到所述钙钛矿阳极材料。本专利技术基于静电纺丝工艺，以柠檬酸作为络合剂，以乙二醇作为分散剂和助纺剂，结合PVP，制得了网络结构多晶钙钛矿阳极材料(LSCM)，该材料的孔隙率为40％～60％，孔径分布于1μm～20μm，较大的孔隙率和孔径有利于燃料气体的迅速扩散，网络状结构同时形成了连续性好的电子、离子通道，网络结构由纳米晶粒组成，网络结构的纤维内部具有体积含量较高的纳米级孔隙结构，进一步增大了阳极催化反应活性区域，可以提高材料的电化学催化性能，避免了常规的颗粒或纤维结构的SOFC阳极中，气体扩散、导电性和催化能力三方面的性能互为矛盾、相互制约的问题，且该阳极材料也方便在其内部浸渍、复合其它物相进行SOFC电极性能的改善。实施例的数据表明，本专利技术制得的钙钛矿阳极材料直接用作固体氧化物燃料电池阳极，单电池的最大功率密度为0.31W/cm2，极化阻抗为2.9Ω·cm2，表现出更好的电化学催化性能。附图说明图1为实施例1制得的钙钛矿阳极材料在低倍率下的SEM谱图；图2为实施例1制得的钙钛矿阳极材料在高倍率下的SEM谱图；图3为实施例1制得的钙钛矿阳极材料的X-ray衍射谱；图4为对比例制得的LSCM粉体的XRD图谱；图5为分别实施例1和对比例制得的钙钛矿阳极材料为阳极材料制备的单电池的电化学输出性能曲线；图6为分别实施例1和对比例制得的钙钛矿阳极材料为阳极材料制备的单电池的交流阻抗谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种钙钛矿阳极材料的制备方法，包括以下步骤：根据La1-xSrxCr1-yMnyO3的化学计量比分别称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2与水混合，得到金属盐溶液，其中x＝0.1～0.4，y＝0.30～0.70；将所述金属盐溶液依次与柠檬酸和乙二醇混合后调节pH值为1.5～3，然后除去水分，得到粘稠状混合溶液；将所述粘稠状混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液混合，得到静电纺丝液；将所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到纤维；将所述纤维进行焙烧，得到所述钙钛矿阳极材料。本专利技术根据La1-xSrxCr1-yMnyO3的化学计量比分别称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2与水混合，得到金属盐溶液，其中x＝0.1～0.4，y＝0.30～0.70。本专利技术对所述水的用量没有特殊的限定。得到金属盐溶液后，本专利技术将所述金属盐溶液依次与柠檬酸和乙二醇混合后调节pH值为1.5～3，然后除去水分，得到粘稠状混合溶液。在本专利技术中，所述柠檬酸的用量优选为金属盐溶液中阳离子摩尔总量的1～2倍，更优选为1.5倍。在本专利技术中，所述柠檬酸作为络合剂。在本专利技术中，所述乙二醇与柠檬酸的摩尔量之比优选为1:1。在本专利技术中，所述乙二醇作为分散剂和助纺剂。在本专利技术中，所述pH值优选为2。在本专利技术的具体实施例中，优选称取金属盐溶液中阳离子摩尔总量1～2倍的柠檬酸，加入溶液后常温下搅拌约1～5h，再加入与柠檬酸等物质的量的乙二醇，继续搅拌，并用氨水调节pH值。本专利技术对所述氨水的浓度以及用量没有特殊的限定，能够保证pH值调节为1.5～3即可。在本专利技术中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据La

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据La1-xSrxCr1-yMnyO3的化学计量比分别称取La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2与水混合，得到金属盐溶液，其中x＝0.1～0.4，y＝0.30～0.70；
将所述金属盐溶液依次与柠檬酸和乙二醇混合后调节pH值为1.5～3，然后除去水分，得到粘稠状混合溶液；
将所述粘稠状混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液混合，得到静电纺丝液；
将所述静电纺丝液进行静电纺丝，得到纤维；
将所述纤维进行焙烧，得到所述钙钛矿阳极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸的用量为金属盐溶液中阳离子摩尔总量的1～2倍。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述乙二醇与柠檬酸的摩尔量之比为1:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述除去水分为将所得调节pH值后的溶液密封，50～90℃水浴搅拌8～16h，然后打开密封，继续50～90℃下搅拌蒸发水分，直至粘稠状混合溶液的质量为金属盐溶液中硝酸盐总质...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐序，罗凌虹，张双双，程亮，余永志，王乐莹，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：江西;36