一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池及其制备方法，其中，所述乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池包括固态电解质以及位于固态电解质两侧的SFM钙钛矿结构阳极和阴极，所述SFM钙钛矿结构阳极包括SFM多孔结构基体以及分布在所述SFM多孔结构基体表面的铁纳米颗粒。本发明专利技术通过对SFM的B位进行过量Fe掺杂的研究，得到了当x＝0.075时，阳极材料具有最佳的电化学性能，并通过构建以SF

【技术实现步骤摘要】
一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，特别涉及一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源已成为人类赖以生存和发展的基础。随着人类社会的不断发展进步，对能源的需求也越来越大，化石能源枯竭已成为不可改变的事实。乙烯作为重要的化工原料被广泛地用于合成聚乙烯等聚合物，也被用于合成乙二醇等含氧的化合物和烯烃衍生物，这些合成物都有很高的应用价值，普遍用于高分子、医药学以及化工等方面。目前，乙烯主要来源于传统的石油的蒸汽裂解、以及烷烃的脱氢制乙烯技术。因此，开发高效清洁和可再生的能源技术对于社会的可持续发展尤为重要。
[0003]氧离子电解质固体氧化物燃料电池(O
‑
SOFC)可以将燃料源的化学能直接转化为电能，而其中阳极是燃料转化的场所，当乙烷用作氧离子导体SOFC燃料时，寻找一种在乙烷中能够具有良好催化活性能力的阳极材料则是关键所在。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池及其制备方法，旨在解决现有固体氧化物燃料电池中因阳极催化活性低导致燃料电池的性能较差的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其中，包括固态电解质以及位于固态电解质两侧的SFM钙钛矿结构阳极和阴极，所述SFM钙钛矿结构阳极包括SFM多孔结构基体以及分布在所述SFM多孔结构基体表面的铁纳米颗粒。
[0008]所述的乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其中，所述SFM钙钛矿结构阳极的材料为Sr2Fe
1.5+x
Mo
0.5
O6‑
δ
，其中，0≤x≤0.1。
[0009]所述的乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其中，所述固态电解质的材料为LSGM。
[0010]所述的乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其中，所述阴极为复合阴极，所述复合阴极的材料为LSCF
‑
SDC，其中，LSCF为La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3‑
δ
，SDC为Sm
0.2
Ce
0.8
O
1.9
。
[0011]一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池的制备方法，其中，包括步骤：
[0012]提供SFM钙钛矿结构阳极，所述SFM钙钛矿结构阳极包括SFM多孔结构基体以及分布在所述SFM多孔结构基体表面的铁纳米颗粒；
[0013]将所述SFM钙钛矿结构阳极和阴极印刷在所述固态电解质的两侧，并通过导线将所述SFM钙钛矿结构阳极与阴极连通，制得所述乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池。
[0014]所述乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池的制备方法，其中，所述SFM钙钛矿结
构阳极的制备包括步骤：
[0015]提供钙钛矿母体材料；
[0016]在还原气氛下对所述钙钛矿母体材料进行还原处理，在SFM多孔结构基体的表面生长出铁纳米颗粒，制得所述SFM钙钛矿结构阳极。
[0017]所述乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池的制备方法，其中，在还原气氛下对所述钙钛矿母体材料进行还原处理的步骤中，还原处理的温度为800
‑
850℃，时间为2
‑
5h。
[0018]所述乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池的制备方法，其中，所述还原气氛为氢气与氩气的混合气体。
[0019]有益效果：本专利技术提供的固体氧化物燃料电池包括SFM钙钛矿结构阳极，其通过控制B位Fe离子掺杂的方法构造SFM钙钛矿氧化物上原位析出Fe纳米颗粒。Fe离子的掺杂在还原气氛下有助于从主体钙钛矿中提取Fe纳米颗粒，稳定的晶体结构和更多活性位点Fe纳米颗粒的析出也使得阳极具有更佳的催化活性和稳定性，从而使得以所述SFM钙钛矿结构作为SOFC的阳极可以利用乙烷实现乙烯和电能的共生。
附图说明
[0020]图1为SF
1.5+x
M样品在空气气氛下经过1100℃煅烧3h的XRD图。
[0021]图2为SF
1.5+x
M样品在H2‑
Ar气氛下经过800℃还原2h后的XRD图。
[0022]图3中a
‑
c为SF
1.575
M
‑
R样品析出纳米颗粒的线扫描曲线图；d为F
1.575
M
‑
R样品析出纳米颗粒的高倍TEM图像。
[0023]图4为SF
1.575
M
‑
R样品的EDS分析结果图。
[0024]图5为在50℃
‑
800℃的10％H2‑
Ar中SF
1.5+x
M(x＝0,0.025,0.05,0.075,0.1)样品的H2‑
TPR图。
[0025]图6为SF
1.5+x
M
‑
R样品的XPS拟合结果图，其中，a显示了XPS测试总谱图，b为不同掺杂量下O元素的XPS谱图，c为Fe 2p的核心级光谱图，d为Mo 3d的核心级光谱。
[0026]图7为(SF
1.5+x
M
‑
LSGM
‑
SF
1.5+x
M)(x＝0、0.025、0.05、0.075、0.1)对称电池在开路电压800℃
‑
600℃的H2下的阻抗谱图。
[0027]图8为(SF
1.5+x
M
‑
LSGM
‑
SF
1.5+x
M)(x＝0、0.025、0.05、0.075、0.1)对称电池在弛豫时间分布(DRT)方法的拟合分析谱。
[0028]图9中a为(SF
1.5+x
M
‑
LSGM
‑
SF
1.5+x
M)(x＝0、0.025、0.05、0.075、0.1)对称电池在800℃的H2中测量的阻抗图；b为(SF
1.5+x
M
‑
LSGM
‑
SF
1.5+x
M)(x＝0、0.025、0.05、0.075、0.1)对称电池在800℃的H2中测量的DRT图。
[0029]图10为SF
1.5
M为阳极的单电池在氢气和乙烷中的电化学性能结果图。
[0030]图11为SF
1.575
M为阳极的单电池在氢气和乙烷中的电化学性能结果图。
[0031]图12中a为650℃...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其特征在于，包括固态电解质以及位于固态电解质两侧的SFM钙钛矿结构阳极和阴极，所述SFM钙钛矿结构阳极包括SFM多孔结构基体以及分布在所述SFM多孔结构基体表面的铁纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述SFM钙钛矿结构阳极的材料为Sr2Fe
1.5+x
Mo
0.5
O6‑
δ
，其中，0≤x≤0.1。3.根据权利要求1所述的乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述固态电解质的材料为LSGM。4.根据权利要求1所述的乙烯与电能共生型固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阴极为复合阴极，所述复合阴极的材料为LSCF
‑
SDC，其中，LSCF为La
0.6
Sr
0.4
Co
0.2
Fe
0.8
O3‑
δ
，SDC为Sm
0.2
Ce
0.8
O

【专利技术属性】
技术研发人员：符显珠，刘婉珍，奚修安，骆静利，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：