一種氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料制造技術

本發明專利技術涉及種氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料，其特征在于：在傳統的鈣鈦礦型陽極材料中摻入稀土氧化物穩定的氧化鉍，形成氧化鉍質量比為10％～90％的氧化鉍-鈣鈦礦復合材料。經復合后該材料的比表面積、電子-離子混合電導率、電催化活性都得到了顯著提高，用作陽極時可有效提升高溫固體氧化物電解池的性能。

Bismuth oxide modified high temperature solid oxide electrolytic cell composite anode material

The invention relates to a high-temperature solid oxide electrolysis cell composite anode materials for bismuth oxide modified, characterized in that: the doped bismuth oxide of rare earth oxides in stable perovskite type anode material in the traditional form of bismuth oxide quality ratio is 10% ~ 90% of the bismuth oxide Perovskite Composite material. After composite, the specific surface area, electron ion mixed conductivity and electrocatalytic activity of this material have been greatly improved. When used as anode, the performance of high temperature solid oxide electrolytic cell can be improved effectively.

【技術實現步驟摘要】
一種氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料
本專利技術涉及高溫固體氧化物電解池的陽極材料，其特征是向傳統的鈣鈦礦型陽極材料中摻入稀土氧化物穩定的氧化鉍進行改性，形成氧化鉍質量比為10％～90％的氧化鉍-鈣鈦礦復合材料。
技術介紹
高溫固體氧化物電解池是一種運行在中高溫(600～800℃)的電解設備，得益于其較高的工作溫度，可以高效地將水蒸氣電解制得氫氣與氧氣。目前固體氧化物電解池的設計基本上沿用已有的固體氧化物燃料電池體系，其典型配置采用金屬鎳與氧化釔穩定的氧化鋯的復合金屬陶瓷材料(Ni-YSZ)作陰極，氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)作電解質，鈣鈦礦型氧化物作陽極。其中決定整體電解效率的速控步驟是氧電極上的陽極析氧反應。然而，當傳統固體氧化物燃料電池所用的鈣鈦礦型氧電極La0.8Sr0.2MnO3+δ(LSM)直接用于電解時，呈現出了一定的缺陷。其最顯著的問題是在電解模式下工作容易發生電極脫落，這是由于La0.8Sr0.2MnO3+δ的反應活性較低，在外加的極化電流作用下，氧氣強行析出而破壞了電極-電解質的連接界面。改進的方法是向LSM電極中摻入具有氧離子電導的物相，形成氧離子導電網絡，擴展反應界面，從而提高電極的電化學催化活性。
技術實現思路
為解決傳統高溫固體氧化物電解池陽極催化活性或穩定性較差的問題，本專利技術提供了一種具有高電催化活性且制備容易的新型復合陽極材料。本專利技術解決其技術問題所采用的方案是：在傳統的鈣鈦礦型陽極材料中摻入具有高離子電導率的稀土氧化物穩定的氧化鉍，形成氧化鉍質量比為10％～90％的氧化鉍-鈣鈦礦復合材料。本專利技術所述的稀土氧化物穩定的氧化鉍，化學式為Bi1-xLnxO1.5(0<x<1)，其中Ln為Y、Zr、La、Ce、Sm、Er、Dy中的一種。本專利技術所述的復合材料的合成方法包括硝酸鹽溶液堿性共沉淀法或檸檬酸-硝酸鹽燃燒法。本專利技術所述的氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料為La1-xSrxMnO3+δ和/或La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ；0<x<1，0<y<1，0<δ<0.5。本專利技術所述的氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料的具體制備方法如下：(1)以欲合成的復合陽極氧化物的陽離子(Ln、Bi、La、Sr、Mn等)所對應的硝酸鹽為起始原料，通過硝酸鹽溶液堿性共沉淀法或檸檬酸-硝酸鹽燃燒法合成所需的氧化物粉末；(2)將所得的粉末研磨，加入膠配制成油墨狀漿料；(3)將漿料通過絲網印刷的方法涂覆在Ni-YSZ/YSZ膜電極的電解質面上，在500～1500℃下焙燒1～100小時，即得到本專利技術所述的具有氧化鉍改性復合陽極的高溫固體氧化物電解池。本專利技術的有益效果是，所述的復合材料的比表面積、電子-離子混合電導率、電催化活性都得到了顯著提高，用作陽極時可有效提升高溫固體氧化物電解池的性能。附圖說明圖1為Bi0.42Y0.58O1.5-La0.8Sr0.2MnO3+δ在各個溫度下的極化曲線，并附有與LSM電極和LSCF/GDC電極的對比。具體實施方式實施例1合成Bi1-xYxO1.5-La0.8Sr0.2MnO3+δ(x＝0.23,0.30,0.58)，其中兩者的摩爾比例為1:1。將Y、Bi、La、Sr、Mn的硝酸鹽按照比例溶解于去離子水中，然后加入檸檬酸，使檸檬酸與金屬離子的比例保持在2:1。將溶液pH保持在8～10，并在攪拌下加熱使之成為凝膠狀，繼續加熱，引發自燃。得到的粉末在500℃焙燒1小時以除去有機殘留，然后研磨并加入正丁醇(含乙基纖維素作為粘結劑)制成漿料。然后將漿料通過絲網印刷的方法涂覆在Ni-YSZ/YSZ膜電極的電解質面上，在1000℃下焙燒3小時，即得到本專利技術所述的具有氧化鉍改性復合陽極的高溫固體氧化物電解池。實施例2電化學性能測試。將上述含有氧化鉍改性復合陽極的高溫固體氧化物電解池安裝在電化學性能評價設備上進行測試。控制陰極氣氛為50％H2-50％H2O，流量200ml/min，陽極氣氛為100％O2，流量100ml/min。圖1為Bi0.42Y0.58O1.5-La0.8Sr0.2MnO3+δ在各個溫度下的極化曲線。圖中顯示了其與LSM電極和LSCF/GDC電極的對比，同溫度下，氧化鉍改性復合陽極性能遠高于LSM，比LSCF/GDC也略高。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料，其特征在于：向鈣鈦礦型陽極材料中摻入稀土氧化物穩定的氧化鉍進行改性，形成氧化鉍質量比為10％～90％的氧化鉍?鈣鈦礦復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料，其特征在于：向鈣鈦礦型陽極材料中摻入稀土氧化物穩定的氧化鉍進行改性，形成氧化鉍質量比為10％～90％的氧化鉍-鈣鈦礦復合材料。2.根據權利要求1所述的氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復合陽極材料，其特征在于：所述的稀土氧化物穩定的氧化鉍，化學式為Bi1-xLnxO1.5(0<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程謨杰，顏景波，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21