一種固體氧化物燃料電池陰極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料電池領域，具體涉及到一種固體氧化物燃料電池陰極粉體的制備方法。
【背景技術】
[0002]固體氧化物燃料電池(S0FC)可以將燃料中的化學能直接轉變成電能，具有高效、安全、環保、操作靈活等優點。因此，從人類對能源的需求及對生態環境的保護要求來說，S0FC研究具有廣闊的應用與發展前景。
[0003]固體燃料電池是由中間一層致密的電解質和兩邊與電解質燒結在一起的多孔陰極和陽極組成，電解質一般選用具有純離子導電能力的氧離子導體，電極材料往往選擇離子-電子混合導體。而鈣鈦礦型氧化物材料能夠滿足固體燃料電池各個組件的要求，這是由于其獨特的晶體結構導致了其性能的多樣性，既能滿足于作為電解質材料傳導離子的要求同時也能夠滿足作為電極材料具有多孔催化作用且能夠傳導電子離子的能力。
[0004]目前制備鈣鈦礦陰極粉體的方法主要有固相反應法、溶膠凝膠法、水熱合成法、絡合燃燒法和等離子氣相法等方法。傳統的固相反應法需要將固體原料混合、研磨后在高溫下煅燒，由于機械混合分散的均勻性較差，得到的產物不僅粒徑較大而且很難得到純相。膠凝膠法能夠在較低的溫下得到純相的粉體，但是溶膠凝膠法需要經歷溶膠-凝膠-煅燒多個階段，生產周期長。水熱法需要的壓力較高，因而對設備的要求高。絡合燃燒法雖然制備粉體需要的時間短但粉體合成的整個過程會產生大量的燃燒煙氣并浪費燃料。氣相法雖然能夠快速合成粒徑小、純相度高的鈣鈦礦粉體，但是這種方法需要復雜的生產設備且產量小。與上述制備方法相比，熔鹽法具有成相溫度低、對設備要求低、制備工藝簡單等優點，因此具有更為廣闊的應用前景。本發明制備固體氧化物燃料電池陰極材料所使用的K0H/KN03混合熔鹽比其它發明使用的熔鹽合成溫度低了 250°C~900°C。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于降低制備固體氧化物燃料電池鈣鈦礦型陰極粉體的制備溫度，縮短制備時間，以降低制備成本。
[0006]本發明的特征是將目的產物中各種金屬離子硝酸鹽的混合物與熔鹽混合，經低溫煅燒，使硝酸鹽分解并反應生成鈣鈦礦相復合金屬氧化物。
[0007]本發明所使用的原料為硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸錳、硝酸鐵，其投料比取決于目的產物中金屬離子的摩爾比。
[0008]本發明中產物的組成為LaxSr(1—x)FeyMn(1—y)03，其中x=0.3?0.7，y=0.5-1。
[0009]本發明中熔鹽的組成為KOH與ΚΝ03，其摩爾比為1: 1。
[0010]本發明中熔鹽混合物與金屬硝酸鹽混合物的質量比為(4?10):1。
[0011]本發明中熔鹽與金屬硝酸鹽的混合物應置于鎳坩禍或其它鎳制容器中煅燒，煅燒溫度為350°C~400°C，煅燒時間為0.5?10小時，升溫速度為2?5°C/min，自然降溫。
[0012]本發明中煅燒后的粉體需要經過溶解、抽濾并水洗、干燥工序后方可得到純凈的目的產物。
[0013]本發明的技術優勢在于:可以大幅度降低的粉體的合成溫度，縮短了粉體的合成時間，降低了制備過程中的能耗。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明提供的實施例1合成固體氧化物燃料電池陰極粉體鈣鈦礦La0.3Sr0.τΜηο.sFe0.503粉體的XRD圖，所有峰均為鈣鈦礦型特征峰；
圖2是本發明提供的實施例2合成固體氧化物燃料電池陰極粉體鈣鈦礦La0.ySr0.3Mn0.sFe0.503粉體的XRD圖，所有峰均為鈣鈦礦型特征峰；
圖3是本發明提供的實施例3合成固體氧化物燃料電池陰極粉體鈣鈦礦La0.7SrQ.3Fe03粉體的XRD圖，所有峰均為鈣鈦礦型特征峰；
圖4是本發明提供的實施例4合成固體氧化物燃料電池陰極粉體鈣鈦礦La0.6Sr0.4Mn0.sFe0.503粉體的XRD圖，所有峰均為鈣鈦礦型特征峰；
圖5是本發明提供的實施例2合成固體氧化物燃料電池陰極粉體鈣鈦礦La0.7Sr0.3Mn0.sFe0.5Ο3粉體的粒徑分布圖；
圖6是本發明提供的實施例2合成固體氧化物燃料電池陰極粉體鈣鈦礦La0.ySr0.3Mn0.sFe0.5〇3粉體的SEM形貌圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0016]實施例1:
La0.3Sr0.7MnQ.5Fe().503粉體的制備，具體步驟如下:
按分子式La0.3Sr0.7Mn().5Fe().503中各金屬兀素化學計量比稱取一定量的硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸錳和硝酸鐵放置于燒杯中并向燒杯中加入適量的蒸餾水，將燒杯放置磁力攪拌器上，在加熱攪拌的條件下將混合液蒸發得到金屬硝酸鹽的混合物，將金屬硝酸鹽的混合物倒入研缽中充分研磨后加入其質量5倍的K0H和KN03混合鹽其中K0H與KN03的摩爾比為1:1，繼續研磨，研磨后將混合物轉移至鎳坩禍，放入馬弗爐中，在空氣氣氛下，以3°C/min的升溫速率加熱至400°C，保溫2小時后自然冷卻，待爐溫降至室溫將鎳坩禍取出，將里面的混合物充分水洗直至中性后進行抽濾、干燥最終得到固體燃料電池陰極粉體。
[0017]
實施例2:
La0.7Sr0.3MnQ.5Fe().503粉體的制備，具體步驟如下:
按分子式La0.7Sr0.3Mn().5Fe().503中各金屬兀素化學計量比稱取一定量的硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸錳和硝酸鐵放置于燒杯中并向燒杯中加入適量的蒸餾水，將燒杯放置磁力攪拌器上，在加熱攪拌的條件下將混合液蒸發得到金屬硝酸鹽的混合物，將金屬硝酸鹽的混合物倒入研缽中充分研磨后加入其質量4倍的K0H和KN03混合鹽其中K0H與KN03的摩爾比為1:1，繼續研磨，研磨后將混合物轉移至鎳坩禍，放入馬弗爐中，在空氣氣氛下，以2°C/min的升溫速率加熱至350°C，保溫2小時后自然冷卻，待爐溫降至室溫將鎳坩禍取出，將里面的混合物充分水洗直至中性后進行抽濾、干燥最終得到固體燃料電池陰極粉體。
[0018]
實施例3:
La0.7Sr0.3Fe03粉體的制備，具體步驟如下:
按分子式La0.7Sn).3Fe03中各金屬元素化學計量比稱取一定量的硝酸鑭、硝酸鍶和硝酸鐵放置于燒杯中并向燒杯中加入適量的蒸餾水，將燒杯放置磁力攪拌器上，在加熱攪拌的條件下將混合液蒸發得到金屬硝酸鹽的混合物，將金屬硝酸鹽的混合物倒入研缽中充分研磨后加入其質量10倍的Κ0Η和KN03混合鹽其中Κ0Η與KN03的摩爾比為1:1，繼續研磨，研磨后將混合物轉移至鎳坩禍，放入馬弗爐中，在空氣氣氛下，以2°C/min的升溫速率加熱至400°C，保溫10小時后自然冷卻，待爐溫降至室溫將鎳坩禍取出，將里面的混合物充分水洗直至中性后進行抽濾、干燥最終得到固體燃料電池陰極粉體。
[0019]
實施例4:
La0.6Sr0.4MnQ.5Fe().503粉體的制備，具體步驟如下:
按分子式La0.6Sr0.4Mn().5Fe().503中各金屬兀素化學計量比稱取一定量的硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸錳和硝酸鐵放置于燒杯中并向燒杯中加入適量的蒸餾水，將燒杯放置磁力攪拌器上，在加熱攪拌的條件下將混合液蒸發得到金屬硝酸鹽的混合物，將金屬硝酸鹽的混合物倒入研缽中充分研磨后加入其質量4倍的Κ0Η和KN03混合鹽其中Κ0Η與KN03的摩爾比為1:1，繼續研磨，研磨后將混合物轉移至鎳坩禍，放入馬弗爐中，在空氣氣氛下，以5°C/min的升溫速率加熱至400°C，保溫0.5小時后自然冷卻，待爐溫降至室溫將鎳坩禍取出，將里面的混合物充分水洗直至中性后進行抽濾、干燥最終得到固體燃料電池陰極粉體。
【主權項】
1.一種恪鹽法制備固體氧化物燃料電池陰極材料LaxSr(i—x)FeyMn(i—y)03的方法，其特征在于: 以硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸錳、硝酸鐵作為原料，將其按照目的產物組成需要的摩爾比溶解于蒸餾水中，然后將該溶液在攪拌的條件下加熱蒸干得到金屬硝酸鹽的混合物； 將KOH與KN03按照1:1的摩爾比混合后加入步驟(1)得到的金屬硝酸鹽的混合物中充分研磨，KOH與KN03混合熔鹽的質量與金屬硝酸鹽的混合物的質量比為(4?10): 1 ； 將步驟(2)得到的混合物放入到鎳坩禍中并將轉移至高溫爐內，在空氣氣氛下加熱至350°C~400°C，保溫0.5?10小時后自然冷卻； (4)將步驟(3)得到的混合物用水溶解，經抽濾、水洗、干燥后即得所需的目的產物。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于: I丐鈦礦型陰極材料粉體化學式為LaxSr(i—x)FeyMn(i—y)03，其中x=0.3~0.7，y=0.5~1。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于: 所用的熔鹽為KOH和KN03，其摩爾比為1:1。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于: 所用的坩禍為鎳坩禍。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于: 煅燒溫度在350°C~400°C之間。
【專利摘要】本發明涉及一種固體氧化物燃料電池LaxSr(1-x)FeyMn(1-y)O3陰極粉體的制備方法，本方法采用KOH與KNO3做為熔鹽，以硝酸鑭、硝酸鍶、硝酸鐵、硝酸錳作為原料，將上述硝酸鹽按照目的產物組成需要的摩爾比用水溶解，并在加熱攪拌的條件下將水分蒸干得到金屬硝酸鹽的混合物，熔鹽與金屬硝酸鹽的混合物按照質量比(4~10):1充分研磨混合后，在350℃~400℃下煅燒0.5~10小時，自然冷卻后將混合物溶解、水洗并抽濾，干燥后得目標粉體。本發明具有生產設備簡單、工藝流程短，易于操作和控制的特點，能夠在較低的溫度下制備出具有單一鈣鈦礦相的固體氧化物燃料電池陰極粉體。
【IPC分類】H01M4/90
【公開號】CN105428667
【申請號】CN201510910340
【發明人】范寶安, 任曉靜, 張俊波
【申請人】武漢科技大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月10日