【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物电池和陶瓷材料，具体涉及一种a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、与传统燃料电池相比，使用相同材料作为阳极和阴极的对称固体氧化物电池(ssoc)具有优异的特点，它可以简化制造过程、降低原料成本，大大缩短了固体氧化物燃料电池(sofc)的制备周期，提高了电池各组件之间的化学相容性和热匹配性。由于对称电池的电极材料一致，对称电极可以克服传统非对称电极在以碳氢化合物为燃料带来的硫中毒和碳沉积问题，因为对称电池可以通过改变阴阳两极所通的气氛，将阴阳两极对调以除去原阳极沉积的硫和碳，恢复电池的电化学性能。目前ssoc面临的主要问题是寻找电化学性能和氧化还原可逆性足够优异的电极材料，以在性能上完全替代传统非对称soc。
2、abo3结构氧化物是对称电极材料中最普遍、最常见的结构类型。a位离子的配位数为12，其周围被12个氧离子包围，晶体结构中的部分氧离子所处位点更容易受热激活扰动而发生迁移，从而形成一定浓度的氧空位。用低价金属离子部分取代a位离子时，这种由高温扰动形成的氧空位作用就会显著增加，且高温条件下容易发生变价而具有较高电子电导。所以将钙钛矿结构材料作为电极时，有利于氧还原催化反应的进行和o2-的传导，可提升离子电导率。
3、高熵的概念最早出现在金属材料领域，高熵合金是将五种或五种以上金属材料混合，形成稳定的固溶单相，高熵合金中“熵”是稳定这种多组分固溶单相的主要因素。2015年，rost等人首先将“高熵”概念引入到无机非金属领域，合成了具有五种组分掺
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料。
2、本专利技术的目的之二是提供上述a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料的制备方法。
3、本专利技术的目的之三是提供上述a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料的应用。
4、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
5、本专利技术第一方面提供一种a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料，所述对称电极材料的化学式为la0.6ca0.1sr0.2ba0.1fe0.8ni0.2o3-δ，δ＝0～0.1。δ代表氧的缺失量，也就是氧空位。
6、本专利技术第二方面提供上述a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料的制备方法，包括以下步骤：
7、s1、按照化学式la0.6ca0.1sr0.2ba0.1fe0.8ni0.2o3-δ中la元素、ca元素、sr元素、ba元素、fe元素和ni元素的化学计量比精确称量原料镧盐、钙盐、锶盐、钡盐、镍盐、铁盐；
8、s2、将称取的溶解于硝酸中，加热搅拌得到溶液a；向溶液a中加入柠檬酸和edta作为络合剂，继续加热搅拌得到溶液b，溶液b中的总金属离子：柠檬酸：edta的摩尔比为1：1：0.8；
9、s3、调节溶液b的ph至弱碱性得到溶液c；
10、s4、加热溶液c，使溶液c蒸发达到粘稠状态后自发燃烧，得到前驱粉体；
11、s5、在空气气氛下将前驱粉体在1000℃保温烧结3～5h，得到a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料。
12、优选的，s1中所述镧盐为la2o3，所述钙盐为caco3，所述锶盐为srco3，所述钡盐为c4h6o4·ba，所述铁盐为fe(no3)3·9h2o，所述镍盐为nic4h6o4·4h2o。
13、优选的，s2中所有的加热搅拌步骤均相同，即加热温度均为70℃。
14、优选的，s3中用氨水将ph调至7～8。
15、优选的，s5中前驱粉体k以5℃/min的升温速率升至1000℃进行预烧，再以5℃/min的降温速率降温到600℃后随炉冷。
16、本专利技术第三方面提供上述a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料在制备对称固体氧化物电池中的应用。
17、进一步地，以ssz材料为电解质，将高熵钙钛矿对称电极材料、粘结剂和有机溶剂混合搅拌后得到的浆料涂覆于电解质片两侧，制备对称电池。
18、进一步地，工作时向阳极通入燃料气，燃料气为氢气。
19、采用本专利技术中的高熵钙钛矿对称电极材料制备的氧离子传导型对称固体氧化物电池的工作原理为：反应首先在阴极表面发生，空气中的氧气(o2)会在阴极表面吸附、解离成氧原子，然后与外来电子结合生成氧离子(o2-)，o2-在化学势的驱动作用下，利用氧空位跃迁的方式穿过致密的电解质层到达阳极侧，在阳极催化作用下与燃料气体反应生成水，此过程会释放电子，金属集流体为电子提供传输通道，在外电路形成电流。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
21、1.本专利技术制得的a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料为单一固溶体，具有良好的离子、电子传输能力，满足对称电极材料的离子、电子传输需求；此高熵对称电极材料的阻抗随温度升高而降低，能较好的满足对称固体氧化物电池(ssoc)的使用需求。
22、2.本专利技术所合成的高熵钙钛矿作为氧离子传导型对称固体氧化物电池的对称电极材料，在阳极湿润的强还原性气氛下还可以保持稳定的相结构，说明该高熵电极拥有良好的结构稳定性，能够同时传导电子和氧离子，这样的双重导电对称电极材料降低了界面电阻，实现了较高的功率输出。
23、3.本专利技术中la0.6ca0.1sr0.2ba0.1fe0.8ni0.2o3-δa位高熵钙钛矿对称电极材料在800℃的工作温度下干空气气氛中半电池对应的极化阻抗为0.0474ωcm2，在湿润的氢气气氛中半电池对应的极化阻抗为0.186ωcm2，最大输出功率可达667.18mw/cm2，欧姆阻抗为0.188ωcm2，极化阻抗为0.423ωcm2，其作为电解池时，电解纯co2时，在800℃、2v下对应的电解电流密度为1.395a/cm2。
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1.一种A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料，其特征在于，所述对称电极材料的化学式为La0.6Ca0.1Sr0.2Ba0.1Fe0.8Ni0.2O3-δ，δ＝0～0.1。
2.一种权利要求1所述的A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料的制备方法，其特征在于，S1中所述镧盐为La2O3，所述钙盐为CaCO3，所述锶盐为SrCO3，所述钡盐为C4H6O4·Ba，所述铁盐为Fe(NO3)3·9H2O，所述镍盐为NiC4H6O4·4H2O。
4.根据权利要求2所述的A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料的制备方法，其特征在于，S2中所有的加热搅拌步骤均相同，即加热温度均为70℃。
5.根据权利要求2所述的A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料的制备方法，其特征在于，S3中用氨水将pH调至7～8。
6.根据权利要求2所述的A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料的制备方法，S5中前驱粉体K以5℃/min的升温速率升至1000℃进行
7.权利要求1所述的A位高熵钙钛矿LaFeO3对称电极材料在制备对称固体氧化物电池中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，以SSZ材料为电解质，将高熵钙钛矿对称电极材料、粘结剂和有机溶剂混合搅拌后得到的浆料涂覆于电解质片两侧，制备对称电池。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，工作时向阳极通入燃料气，燃料气为氢气。
...【技术特征摘要】
1.一种a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料，其特征在于，所述对称电极材料的化学式为la0.6ca0.1sr0.2ba0.1fe0.8ni0.2o3-δ，δ＝0～0.1。
2.一种权利要求1所述的a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料的制备方法，其特征在于，s1中所述镧盐为la2o3，所述钙盐为caco3，所述锶盐为srco3，所述钡盐为c4h6o4·ba，所述铁盐为fe(no3)3·9h2o，所述镍盐为nic4h6o4·4h2o。
4.根据权利要求2所述的a位高熵钙钛矿lafeo3对称电极材料的制备方法，其特征在于，s2中所有的加热搅拌步骤均相同，即加热温度均为7...
【专利技术属性】
技术研发人员：田云峰，曹志强，薛屹洋，曾萍，凌意瀚，金芳军，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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