一種燃料電池納米電極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電極的制備方法，尤其涉及一種燃料電池納米電極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能量轉化裝置，可直接將燃料的化學能轉化為電能，具有清潔、高效等優點，在便攜式電源、家用熱電聯供系統、大型發電站等領域都有廣泛的用途。
[0003]目前廣泛使用的SOFC的運行溫度在800° C左右，較高的工作溫度限制了很多材料的使用，同時還存在成本高、穩定性差等問題。制備納米電極材料是提高SOFC電化學性能，降低工作溫度的一個有效途徑。傳統的電極材料的制備工藝是采用噴涂、絲網印刷等工藝將微米尺度的電極粉體涂敷在電解質層的一側，而后在1000° C左右的高溫下實現電極材料的燒結。該工藝的成本高，制得電極材料的電化學活性不夠高，從而限制了 SOFC的功率輸出。
[0004]因此，為解決上述問題，特提供一種新的技術方案。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種降低電極制備成本、提高電極性能的燃料電池納米電極材料的制備方法。
[0006]本發明采用的技術方案是:
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據需求配制電極材料的前驅體溶液；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅體溶液移入水熱反應釜并在一定溫度和壓力的條件下進行反應；
C、反應結束后進行冷卻，打開水熱反應釜并取出SOFC多孔電極基底； d、將SOFC多孔電極基底進行清洗，清洗完成后低溫煅燒得到納米電極材料。
[0007]優選地，所述水熱合成條件是指溫度為50?300°C，壓力為IMPa?lGPa，時間為2-24ho
[0008]優選地，所述低溫煅燒的溫度為300-600 °C。
[0009]優選地，所述多孔電極基底是指孔隙率為20-80%，孔徑尺寸為0.2-100 的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底。
[0010]優選地，所述電極材料的硝酸鹽、氯化物或者硫化物與水、添加劑的混合物。
[0011]優選地，所述電機材料鹽離子的濃度為0.1-2 mo I L 1O
[0012]優選地，所述添加劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀其中的一種或幾種。
[0013]優選地，所述電極材料指:8mol%氧化乾穩定的氧化錯，I Omo I %氧化鈧穩定的氧化錯，8mol%氧化乾、2mol%氧化鈧共穩定的氧化錯或2mol%氧化鋪和8mol%氧化鈧穩定的氧化錯，鎖鎂摻雜的鎵酸鑭、氧化釤摻雜氧化鋪、氧化IL摻雜氧化鋪、摻雜La2Mo209、BaZraiCeQ.7YQ.2_xYbx03_d、摻雜鋯酸鍶、摻雜鋯酸鋇、摻雜鈰酸鋇、N1、N1, Cu、Cu。、Co、Fe、Ag、Au、Pt、Ru、Pd'V2OpLa1 XSrxCr1 yMny03 ^ La1 xSrxTi03 ^Sr2Mg1 xMnxMo06 ^LaSr2Fe3 yCry0s、La1 ,SrxMnO3 z、Sm0.5Sr0.5Co03 z、La1 ,SrxCo1 yFey03 z、La1 ,SrxFeO3 z、La1 ,SrxCoO3 z、Ba1 ,SrxCo1 yFey03 z、Co304、LaNi2O4或(AB) 304的尖晶石型材料，其中的一種或幾種的復合物。
[0014]優選地，所述清洗溶液為去離子水或無水乙醇。
[0015]本發明的有益效果是:水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質化學反應所進行的合成，具有合成物成分均勻、形貌可控的優點，電極材料原位合成，避免了傳統電極材料的制備一涂敷一燒結等復雜工序；制得的納米電極材料的比表面積大，電化學活性高；納米電極材料的形貌可調、尺寸可控；設備簡單、原料和工藝成本低。
【具體實施方式】
[0016]為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明的保護范圍的限定。
[0017]實施例1
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據需求配制電極材料的前驅體溶液，前驅體溶液為電極材料的硝酸鹽、氯化物與水、氨水的混合物，電機材料鹽離子的濃度為0.1mol L 氨水的加入量以加入氨水能夠與全部的鹽離子反應為基準，其中電極材料為8mol%氧化釔穩定的氧化鋯；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅體溶液移入水熱反應釜并在溫度為50°C，壓力為IMPa，下進行反應，反應時間為2h，多孔電極基底是指孔隙率為20%，孔徑尺寸為0.2 的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底；
C、反應結束后進行冷卻，打開水熱反應釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底通過去離子水或無水乙醇進行清洗，清洗完成后低溫煅燒溫度為300°C得到納米電極材料。
[0018]實施例2
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據需求配制電極材料的前驅體溶液，前驅體溶液為電極材料的硝酸鹽、硫化物與水、氫氧化鈉的混合物，電機材料鹽離子的濃度為Imol L \氫氧化鈉的加入量以加入氫氧化鈉能夠與全部的鹽離子反應為基準，其中電極材料為10mol%氧化鈧穩定的氧化鋯；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅體溶液移入水熱反應釜并在溫度為200°C，壓力為500MPa，下進行反應，反應時間為12h，多孔電極基底是指孔隙率為50%，孔徑尺寸為50的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底；
C、反應結束后進行冷卻，打開水熱反應釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底通過去離子水或無水乙醇進行清洗，清洗完成后低溫煅燒溫度為450°C得到納米電極材料。
[0019]實施例3
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據需求配制電極材料的前驅體溶液，前驅體溶液為電極材料的硝酸鹽、硫化物與水、氫氧化鉀的混合物，電機材料鹽離子的濃度為2 mo I L \氫氧化鉀的加入量以加入氫氧化鉀能夠與全部的鹽離子反應為基準，電極材料為8mol%氧化乾、2mol%氧化鈧共穩定的氧化鋯；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅體溶液移入水熱反應釜并在溫度為300°C，壓力為IGPa,下進行反應，反應時間為24h，多孔電極基底是指孔隙率為80%，孔徑尺寸為100 的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底；
C、反應結束后進行冷卻，打開水熱反應釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底通過去離子水或無水乙醇進行清洗，清洗完成后低溫煅燒溫度為600°C得到納米電極材料。
[0020]電極材料還可以指:2mol%氧化鈰和8mol%氧化鈧穩定的氧化鋯，鍶鎂摻雜的鎵酸鑭、氧化釤摻雜氧化鈰、氧化釓摻雜氧化鈰、摻雜La2Mo2O9、BaZr0.fe。.7Y0.2 _ JbxO3 _d、摻雜鋯酸鍶、摻雜鋯酸鋇、摻雜鈰酸鋇、N1、N1, Cu、Cu。、Co、Fe、Ag、Au、Pt、Ru、Pd、
V203、La1 XSrxCr1 yMny03 z、La1 xSrxTi03 z、Sr2Mg1 χΜηχΜο06 δ、LaSr2Fe3 yCryO8^ La1 xSrxMn03 z、Sm0 5Sr0 5CoO3 z、La1 ,SrxCo1 yFey03 z、La1 ,SrxFeO3 z、La1 ,SrxCoO3 z、Ba1 ,SrxCo1 yFey03 z、Co3O4'LaNi2O4或(AB) 304的尖晶石型材料，其中的一種或幾種的復合物。
[0021]本發明的有益效果是:水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質化學反應所進行的合成，具有合成物成分均勻、形貌可控的優點，電極材料原位合成，避免了傳統電極材料的制備一涂敷一燒結等復雜工序；制得的納米電極材料的比表面積大，電化學活性高；納米電極材料的形貌可調、尺寸可控；設備簡單、原料和工藝成本低。
[0022]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作任何其他形式的限制，而依據本發明的技術實質所作的任何修改或等同變化，仍屬于本發明所要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:包括以下工藝步驟: a、根據需求配制電極材料的前驅體溶液； b、將SOFC多孔電極基底和該前驅體溶液移入水熱反應釜并在一定溫度和壓力的條件下進行反應； C、反應結束后進行冷卻，打開水熱反應釜并取出SOFC多孔電極基底； d、將SOFC多孔電極基底進行清洗，清洗完成后低溫煅燒得到納米電極材料。2.根據權利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述水熱合成條件是指溫度為50?300°C，壓力為IMPa?lGPa，時間為2_24h。3.根據權利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述低溫煅燒的溫度為300-600 °C。4.根據權利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述多孔電極基底是指孔隙率為20-80%，孔徑尺寸為0.2-100 Pm的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底。5.根據權利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述電極材料的硝酸鹽、氯化物或者硫化物與水、添加劑的混合物。6.根據權利要求5所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述電機材料鹽離子的濃度為0.1-2 mo I L 1O7.根據權利要求5所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述添加劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀其中的一種或幾種。8.根據權利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述電極材料指:8mol%氧化乾穩定的氧化錯，I Omo I %氧化鈧穩定的氧化錯，8mol%氧化?乙、2mol%氧化鈧共穩定的氧化錯或2mol%氧化鋪和8mol%氧化鈧穩定的氧化錯，鎖鎂摻雜的鎵酸鑭、氧化釤摻雜氧化鈰、氧化釓摻雜氧化鈰、摻雜La2Mo209、BaZr。.A?。.7Υα2_xYbx03_d、摻雜鋯酸鍶、摻雜鋯酸鋇、摻雜鈰酸鋇、N1、N1, Cu、Cu。、Co、Fe、Ag、Au、Pt、Ru、Pd、V203、La1 XSrxCr1 yMny03 z、La1 xSrxTi03 z、Sr2Mg1 χΜηχΜο06 δ、LaSr2Fe3 yCryO8^ La1 xSrxMn03 z、Sm0 5Sr0 5CoO3 z、La1 ,SrxCo1 yFey03 z、La1 ,SrxFeO3 z、La1 ,SrxCoO3 z、Ba1 ,SrxCo1 yFey03 z、Co3O4'LaNi2O4或(AB) 304的尖晶石型材料，其中的一種或幾種的復合物。9.根據權利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述清洗溶液為去離子水或無水乙醇。
【專利摘要】本發明公開了一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于：包括以下工藝步驟：a、根據需求配制電極材料的前驅體溶液；b、將SOFC多孔電極基底和該前驅體溶液移入水熱反應釜并在一定溫度和壓力的條件下進行反應；c、反應結束后進行冷卻，打開水熱反應釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底進行清洗，清洗完成后低溫煅燒得到納米電極材料。本發明的有益效果是：水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質化學反應所進行的合成，具有合成物成分均勻、形貌可控的優點，電極材料原位合成，制得的納米電極材料的比表面積大，電化學活性高；納米電極材料的形貌可調、尺寸可控；設備簡單、原料和工藝成本低。
【IPC分類】B82Y30/00, H01M4/88
【公開號】CN105047949
【申請號】CN201510310963
【發明人】楊小春
【申請人】昆山艾可芬能源科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月9日