【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池涉及一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、能源危机和环境污染是人类社会健康高速发展始终绕不开的两座大山。人类社会发展至今，化石资源枯竭和化石资源燃烧产生的废气污染这两大问题日益突出，清洁环保可持续的低碳能源技术的发展便备受关注。相较于核能这种具有很大潜在危险的能源技术，固体氧化物燃料电池(sofcs)便便稳定安全的多，其能将燃料中的化学能一步转化为电能，避免了多次转化产生的能量损耗，能量转化过程不受卡诺循环限制，具有很高的能量转化效率，因此在近些年的新能源材料发展领域备受关注。
2、阳极材料作为sofcs的重要组件，对电池整体性能有着极大的影响。传统阳极(ni/ysz)在烷烃类燃料如ch4中长期运行时，表面易发生积碳现象，这会大大降低电池的输出性能。因此，开发出抗积碳和高性能的固体氧化物燃料电池阳极材料具有重要意义。经过前人大量的实验数据证明，钙钛矿型阳极材料具有优异的抗积碳性能，其中srmoo3基材料本身具有很好的导电性能且目前对该材料的研究探索相对较少。本专利技术材料在甲烷和氢气气氛下都具有稳定的单钙钛矿结构，以本专利技术材料制备的固体氧化物燃料电池在氢气下具有很好的性能，在一定程度上能够抗积碳。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料。
2、本专利技术的目的之二在于提供上述ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料的制备方法和应用。
3、为实
4、本专利技术还提供了上述ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
5、(1)按化学式srmo1-xnixo3-δ(0<x≤0.2)中对应的金属元素的化学计量比分别称取含有sr2+的硝酸盐、含有mo6+的硝酸盐、含有ni2+的硝酸盐；
6、(2)将步骤(1)中称量得到的药品依次放入烧杯中，用去离子水溶解后，再称取一定比例的柠檬酸加入烧杯中，用去离子水充分溶解得到澄清溶液，加氨水调节溶液ph至中性，搅拌少许时间后溶液出现浑浊，再加适量硝酸至溶液澄清。随后将溶液放在加热搅拌台上蒸干溶剂，最后发生燃烧，收集得到的粉末；
7、(3)将步骤(2)得到的粉末放入研钵中充分研磨后，收集粉体至坩埚中，将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下600～800℃煅烧10～12小时；
8、(4)将步骤(3)煅烧后的粉末放入研钵中充分研磨后，再取适量放入模具中压制成片；
9、(5)将步骤(4)压好的片放入高温炉中，在空气气氛下1050～1150℃煅烧9～11小时；
10、(6)将步骤(5)煅烧后的片取出，冷却后放入测试炉中，在氢气气氛下800～900℃煅烧3～4小时；
11、(7)将步骤(6)煅烧后的片放入研钵中磨碎，加入无水乙醇充分研磨，干燥后得到srmo1-xnixo3-δ(0<x≤0.2)固体氧化物燃料电池阳极电极粉；
12、优选的，步骤(1)中所用的含有sr2+的硝酸盐为sr(no3)2，含有mo6+的硝酸盐为h24mo7n6o24·4h2o，含有ni2+的硝酸盐为ni(no3)2·6h2o。
13、优选的，步骤(2)中所称取柠檬酸的量为柠檬酸与金属离子的比例1.5:1；
14、优选的，步骤(4)中所用的压片具体方法为将适量的粉体放入直径为13mm的模具中，用2mpa的压力压制成片。
15、本专利技术还提供了以一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料制备的固体氧化物燃料电池其特征在于，具体包括以下步骤：
16、(1)称取适量上述制得的srmo1-xnixo3-δ(0<x≤0.2)固体氧化物燃料电池阳极电极粉于研钵中，加入一定量的粘结剂并研磨均匀制成阳极电极浆料；
17、(2)称取适量的smbaco2o5+δ阴极粉末于研钵中，加入一定量的粘结剂并研磨均匀制成阴极电极浆料；
18、(3)再称取适量的ce0.8sm0.2o1.9缓冲层粉末于研钵中，加入一定量的粘结剂并研磨均匀制成缓冲层浆料；
19、(4)用丝网印刷法将上述步骤(3)制得的缓冲层浆料均匀涂覆在电解质片la0.9sr0.1ga0.8mg0.2o2.85的一侧，放置于烤炉上烘干8～10分钟；
20、(5)将上述烘干后的电解质片置于高温管式炉中，在n2气氛下900～1000℃煅烧1～3小时，得到制作全电池的前置材料；
21、(6)将步骤(1)(2)制得的电极浆料分别均匀涂覆在上述前置材料电解质la0.9sr0.1ga0.8mg0.2o2.85和缓冲层ce0.8sm0.2o1.9的两侧，烘干后得到全电池片；
22、(7)将步骤(6)烘干后的全电池片置于高温管式炉中，在n2气氛下于900～1000℃煅烧1～3小时，得到以srmo1-xnixo3-δ(0<x≤0.2)材料为阳极材料的固体氧化物燃料电池。
23、优选的，步骤(1)中所用srmo1-xnixo3-δ(0<x≤0.2)阳极粉末与粘结剂的质量比为1:1.5；所用粘结剂由松油醇、乙基纤维素按质量比9:1混合制得。
24、优选的，步骤(2)中电解质片la0.9sr0.1ga0.8mg0.2o2.85的厚度为0.3mm。
25、本专利技术提供了一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料及其制备方法和应用。从化学组成上看，所述阳极材料的化学式为srmo1-xnixo3-δ(0<x≤0.2)，为单钙钛矿结构。兼容性测试结果显示，该阳极材料与缓冲层材料ce0.8sm0.2o1.9具有良好的化学兼容性，且在氢气下具有稳定的单钙钛矿结构。srmoo3基钙钛矿材料本身具有很高的电导率，对氢气也具有很好的催化活性，但该材料在空气下会被氧化为绝缘体srmoo4-δ，从而表现出对甲烷较低的催化活性。研究发现，b位掺杂能够提升材料的催化活性。本专利技术提供了在srmoo3-δ钙钛矿材料的b位用ni部分取代mo，显著提升了srmoo3基阳极材料的电化学性能，并且用该掺杂材料制备的固体氧化物燃料电池表现出了良好的抗积碳性能。
26、实例结果表明，以本专利技术提供的ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料，通过xrd表征，在空气下合成的中间体和氢气下合成的最终产物均无杂质峰的产生，分别表现为稳定的四方相和立方相结构；以本专利技术提供的优选阳极材料制备的固体氧化物燃料电池，在h2气氛下850℃时的最大输出功率为851mw cm-2，在ch4气氛下900℃时的最大输出功率为193mw cm-2，这显示出该材料具有优异的电化学性能和良好的抗积碳性能。
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1.一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.以一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料制备的固体氧化物燃料电池，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所用的含有Sr2+的硝酸盐为Sr(NO3)2，含有Mo6+的硝酸盐为H24Mo7N6O24·4H2O，含有Ni2+的硝酸盐为Ni(NO3)2·6H2O。
4.根据权利要求1所述的一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所称取柠檬酸的量为柠檬酸与金属离子的比例1.5:1。
5.根据权利要求1所述的一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所用的压片具体方法为将适量的粉体放入直径为13mm的模具中，用2MPa的压力压成片。
6.根据权利要求2所述的以一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料制备的固体氧化物燃料电池，其特征在于，步骤(1)中所用SrMo1-xNixO3-δ(0<x≤0.2)
7.根据权利要求2所述的以一种Ni掺杂的抗积碳SOFC阳极材料制备的固体氧化物燃料电池，其特征在于，步骤(3)中所用电解质片La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85的厚度为0.3mm。
...【技术特征摘要】
1.一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.以一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料制备的固体氧化物燃料电池，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所用的含有sr2+的硝酸盐为sr(no3)2，含有mo6+的硝酸盐为h24mo7n6o24·4h2o，含有ni2+的硝酸盐为ni(no3)2·6h2o。
4.根据权利要求1所述的一种ni掺杂的抗积碳sofc阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所称取柠檬酸的量为柠檬酸与金属离子的比例1.5:1。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，李正伟，沈羽，肖鹏，周嘉豪，周坤，姚海潮，冯宇石，段潜，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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