钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法，它涉及一种电池阴极材料及其制备方法。本发明专利技术是要解决现有阴极材料在中温工作条件下，因不能同时具备极化电阻及过电位低，混合导电率、氧透过性、热稳定及化学稳定性高的特点，而难以满足中温固体氧化物燃料电池对阴极材料要求的问题。本发明专利技术的钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料组成通式为AFe1-xMxO3；A为Ca、Sr或Ba，M为Cu、Co或Ni，0.1＜x＜1.0。制备方法：制备硝酸盐与甘氨酸混合液，将其加热至自燃后烧结，得到AFe1-xMxO3。本发明专利技术制备的AFe1-xMxO3性能好。本发明专利技术适用于中温固体氧化物燃料电池的阴极材料及其生产。
【技术实现步骤摘要】
本发涉及一种电池阴极材料及其制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池作为一种新型能源转换装置，因其高效、环保等优点受到各国的重视。传统固体氧化物燃料电池的运行温度通常在1000°c左右，高运行温度会造成固体氧化物燃料电池热稳定性差的问题，即与固体电解质的热膨胀系数匹配性差。但若降低运行温度，又会导致固体氧化物燃料电池电极极化电阻和过电位的增大而影响电池的性能。现有的高温固体氧化物电池阴极材料LahSrxMnO3 (LSM)，在运行温度低于800°C时，就会出现极化电阻和过电位的增大问题。因此，现有高温固体氧化物电池阴极材料已经不再适用于运行温度为500°C 80(TC的中温固体氧化物燃料电池。目前通常采用的钙钛矿 结构中温固体氧化物电池阴极材料为LahSrxC0yFehO3 (LSCF)，该材料具有较好的氧透过性能，同时，在中温运行温度下具有较好的氧离子-电子的混合导电率；但其热膨胀系数与固体电解质Cetl. 9Gd0. ^1.95相差较大，因而其热稳定性差，在中温工作条件下易与固体电解质Cea9GdaiOh95发生化学反应，化学稳定性也较差，难以满足中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的要求。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有固体氧化物电池阴极材料在中温工作条件下，因不能同时具备以下特点极化电阻小、极化过电位低、混合导电率高、氧透过性能好、热稳定及化学稳定性能好，从而导致的难以满足中温固体氧化物燃料电池对阴极材料要求的问题，本专利技术提供了一种。本专利技术的钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的组成通式为AFei_xMx03 ;其中，A为Ca、Sr或Ba，M为Cu、Co 或 Ni，0. I < X < I. O。本专利技术的钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法按以下步骤进行一、按照化学式AFei_xMx03，按化学计量比分别称取分析纯的元素A的碳酸盐、分析纯的Fe2O3和分析纯的元素M的硝酸盐；其中，A为Ca、Sr或Ba，M为Cu、Co或Ni，O. I < x< I. O ；二、将步骤一称取的元素A的碳酸盐和Fe2O3加入到浓度为lmol/L的HNO3中，使元素A的碳酸盐和Fe2O3完全溶解，再加入步骤一称取的元素M的硝酸盐，搅拌均匀，得到硝酸盐溶液；三、按步骤二得到的硝酸盐溶液中的总金属离子与甘氨酸的摩尔比为I :广4，称取甘氨酸，将甘氨酸加入到步骤二得到的硝酸盐溶液中，搅拌至均匀透明，得到混合溶液；四、将步骤三得到的混合溶液在温度为10(T20(TC的条件下加热，蒸发除去水分至其成为粘稠胶状物后，再在温度为14(T30(TC的条件下继续加热，直至胶状物自燃，得到黑色粉末；五、将步骤四得到的黑色粉末在温度为90(Tii0(rc空气气氛下进行烧结，烧结时间为l(T24h，得到钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料AFei_xMx03。本专利技术通过严格控制合成条件及原料的添加量，制备得到钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料。本专利技术的钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料在中温工作条件下表现出良好的性能，具体表现为电极极化电阻低，在温度为700°C的空气气氛中，其极化电阻仅为O. 14Qcm2，而同等测试条件下的Latl8Srtl2MnO3的极化电阻为2. I Ω. cm2 ;极化过电位低，在温度为700°C的空气气氛中，IOOmAcnT2的电流密度下，其阴极极化过电位仅为90mV ;混合电导率高，在500°C 800°C的反应条件下，其混合电导率可达到25飞OScnT1 ;所选用原料自身的氧透过性能好；热稳定性能好，其与固体电解质 Cea9GdaiOh95有较好的热匹配性，两者的热膨胀系数接近；化学稳定性能好，在1100°C空气气氛下，烧结24h后，不与固体电解质Cea9GdaiOu5发生化学反应。解决了现有中温固体氧化物电池阴极材料难以满足中温固体氧化物燃料电池对阴极材料要求的问题。本专利技术的中温固体氧化物燃料电池阴极材料适用于生产固体氧化物燃料电池。附图说明图I是试验一得到的SrFetl. 7Cu0.303的X射线衍射谱图；图2是微观形貌试验得到的SrFea7Cua3CVCea9GdaiOh95界面的扫描电镜图；图3是阴极极化电阻测定试验得到的SrFea7Cua3O3的复阻抗谱图；图4是阴极极化过电位测定试验得到的SrFea7Cua3O3的阴极极化曲线图；图5是混合电导率测定试验得到的SrFea7Cua3O3的直流电导率与测试温度的关系曲线图；图6是化学稳定性试验得到的SrFe0.7Cu0.303+Ce0.9Gd0. ^1.95、试验一得到的SrFe0.7Cu0.303和固体电解质Cetl. 9Gd0. A. 95的X射线衍射谱图。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式的钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的组成通式为AFei_xMx03;其中，A为 Ca、Sr 或 Ba，M 为 Cu、Co 或 Ni，O. I < x < I. O。具体实施方式二 本实施方式的钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法按以下步骤进行一、按照化学式AFei_xMx03，按化学计量比分别称取分析纯的元素A的碳酸盐、分析纯的Fe2O3和分析纯的元素M的硝酸盐；其中，A为Ca、Sr或Ba，M为Cu、Co或Ni，O. I < x< I. O ；二、将步骤一称取的元素A的碳酸盐和Fe2O3加入到浓度为lmol/L的HNO3中，使元素A的碳酸盐和Fe2O3完全溶解，再加入步骤一称取的元素M的硝酸盐，搅拌均匀，得到硝酸盐溶液；三、按步骤二得到的硝酸盐溶液中的总金属离子与甘氨酸的摩尔比为I :广4，称取甘氨酸，将甘氨酸加入到步骤二得到的硝酸盐溶液中，搅拌至均匀透明，得到混合溶液；四、将步骤三得到的混合溶液在温度为10(T200°C的条件下加热，蒸发除去水分至其成为粘稠胶状物后，再在温度为14(T30(TC的条件下继续加热，直至胶状物自燃，得到黑色粉末；五、将步骤四得到的黑色粉末在温度为90(Γ1100 空气气氛下进行烧结，烧结时间为l(T24h，得到钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料AFei_xMx03。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中按硝酸盐溶液中的总金属离子与甘氨酸的摩尔比为I :2，称取甘氨酸。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤四中混合溶液在温度为110°C的条件下加热，蒸发除去水分至其成为粘稠胶状物后，再在温度为150°C的条件下继续加热，直至胶状物自燃。其它步骤及参数与具体实施方式二或三相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤五中在温度为1000°c空气气氛下进行烧结。其它步骤及参数与具体实施方式二至四相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤五中烧结时间为12h。其它步骤及参数与具体实施方式二至五相同。通过以下试验验证本专利技术的有益效果试验一本文档来自技高网...
【技术保护点】
钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料的组成通式为AFe1？xMxO3；其中，A为Ca、Sr或Ba，M为Cu、Co或Ni，0.1＜x＜1.0。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李强，赵辉，霍丽华，高山，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。