一種長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法，所述方法通過將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中通過高溫煅燒實現(xiàn)，包括如下步驟：1)制備骨架層；2)將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，煅燒得到陰極。

Long term stable method for preparing high active cathode of solid oxide fuel cell

The invention relates to a preparation method of a long-term stability of the solid oxide fuel cell cathode with high activity, the method by the composite impregnating solution impregnated into by high temperature calcination skeleton layer, which comprises the following steps: 1) preparing the skeleton layer; 2) composite impregnation liquid impregnated into the skeleton layer, calcined cathode.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法
本專利技術(shù)屬于固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法。
技術(shù)介紹
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。在固體氧化物燃料電池電堆中由于很高的操作溫度(1000℃-600℃)對連接體等配套設(shè)施的材料提出了很高要求，從而極大地提高了生產(chǎn)成本。降低操作溫度可以降低材料成本，但同時對電池的陰極活性提出了新的要求。BSCF、LSCF，LSC，LSF等高活性陰極材料在制備過程中容易與常見電解質(zhì)YSZ發(fā)生反應(yīng)，通過浸漬方法可以避免高溫煅燒過程緩解了與YSZ的反應(yīng)，但浸漬方法得到的納米材料會在運(yùn)行過程中顆粒粗化，導(dǎo)致性能的迅速衰減。因此，本領(lǐng)域迫切需要一種能夠長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為克服在放電過程中固體氧化物燃料電池陰極納米顆粒粗化，本專利技術(shù)提供了一種簡單有效的抑制顆粒粗化的方法，通過將離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體混合的浸漬液浸漬煅燒的方法得到了相互穩(wěn)定的離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體納米顆粒。本專利技術(shù)所提供的長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法包括如下步驟：(1)制備骨架層；(2)將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，高溫煅燒得到陰極。本專利技術(shù)中步驟(1)所述骨架層的孔隙率在20-60vol％；骨架層材料滿足不與電解質(zhì)及陰極材料發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，具體為氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈰、釓或釤摻雜氧化鈰、氧化鋁、或氧化鎂。本專利技術(shù)中步驟(1)所述骨架層通過將骨架層材料與造孔劑、粘結(jié)劑混合后通過泥漿涂覆，絲網(wǎng)印刷，旋轉(zhuǎn)涂覆或溶液釤滴涂中的一種方法覆蓋電解質(zhì)表面，在800-1300℃煅燒得到；造孔劑為石墨、淀粉或PMMA、PS、PVDF聚合物，粘結(jié)劑為PVB、乙基纖維素或水楊酸的有機(jī)溶液，造孔劑與骨架層材料的質(zhì)量比0.05-1，粘結(jié)劑與骨架層材料的質(zhì)量比0.5-2。本專利技術(shù)中步驟(2)所述的浸漬方法為溶液浸漬-煅燒-溶液浸漬-煅燒，重復(fù)溶液浸漬-煅燒過程次數(shù)6-15次。本專利技術(shù)中步驟(2)所述的復(fù)合浸漬液是硝酸鹽的檸檬酸銨、甘氨酸、尿素、EDTA中的一種或二種以上絡(luò)合液；所述浸漬液中硝酸鹽的金屬種類和比例由電子導(dǎo)體/離子導(dǎo)體摩爾比例決定，電子導(dǎo)體/離子導(dǎo)體摩爾比例為9/1-3/7。本專利技術(shù)中步驟(2)所述的煅燒溫度為750℃-1000℃，煅燒時間1-4h，從室溫升溫到煅燒溫度的升溫速率為1-5℃/min。本專利技術(shù)中所述絡(luò)合劑與硝酸鹽中金屬離子的比例為1/1-2/1。本專利技術(shù)中所述電子導(dǎo)體是摻雜的錳酸鑭、摻雜的鈷酸鑭、摻雜的鐵酸鑭或摻雜的鐵酸鋇鈣鈦礦材料；所訴離子導(dǎo)體的是摻雜的氧化鋯、摻雜的氧化鈰或摻雜的氧化鉍。本專利技術(shù)的有益效果是：解決了浸漬方法制備的高活性納米電極穩(wěn)定性的問題；所述的長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法在保留浸漬方法通過離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體納米粒子的相互穩(wěn)定，解決了浸漬電極由于納米粒子粗化而引起的迅速衰減問題，同時還提高了陰極的電化學(xué)性能具體實施方式實施例1將YSZ與50wt％石墨及100wt％陰極膠(含6wt％乙基纖維素的松油醇溶液)混合后通過泥漿涂覆的方式涂覆到陽極支撐電池二合一的電解質(zhì)YSZ表面上，1200℃煅燒2h，骨架層孔隙率70％。硝酸鹽按LSM/YSZ摩爾比6/4的比例溶解于水中，用1.5倍檸檬酸銨絡(luò)合，將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，重復(fù)10次，850℃煅燒。得到的電池800℃采用氫氣/氧氣為燃料氣和氧化氣體時最大功率為2.4Wcm-2，并且在100-1000h的衰減率只有0.02％。實施例2將YSZ與50wt％PMMA(平均粒徑3um)及150wt％陰極膠(含6wt％乙基纖維素的松油醇溶液)混合后通過絲網(wǎng)印刷的方式涂覆到陽極支撐電池二合一的電解質(zhì)YSZ表面上，1100℃煅燒2h，骨架層孔隙率80％。硝酸鹽按LSC/GDC摩爾比7/3的比例溶解于水中，用1.2倍檸檬酸銨絡(luò)合，將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，重復(fù)8次，750℃煅燒。得到的電池700℃采用氫氣/氧氣為燃料氣和氧化氣體時最大功率為1.8Wcm-2，并且在500-1000h無衰減。實施例3將Al2O3與50wt％PMMA(平均粒徑3um)及100wt％陰極膠(含6wt％乙基纖維素的松油醇溶液)混合后通過絲網(wǎng)印刷的方式涂覆到陽極支撐電池二合一的電解質(zhì)YSZ表面上，1200℃煅燒2h，骨架層孔隙率50％。硝酸鹽按LSF/GDC摩爾比5/5的比例溶解于水中，用1.倍EDTA加1.2倍甘氨酸絡(luò)合，將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，重復(fù)12次，800℃煅燒。得到的電池700℃采用氫氣/氧氣為燃料氣和氧化氣體時最大功率為1.2Wcm-2，并且在400-1000h基本無衰減。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：(1)制備骨架層；(2)將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，高溫煅燒得到陰極。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種長期穩(wěn)定的固體氧化物燃料電池高活性陰極的制備方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：(1)制備骨架層；(2)將復(fù)合浸漬液浸漬到骨架層中，高溫煅燒得到陰極。2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于步驟(1)所述骨架層的孔隙率在20-60vol％。3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于步驟(1)所述骨架層材料滿足不與電解質(zhì)及陰極材料發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，具體為氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈰、釓或釤摻雜氧化鈰、氧化鋁、或氧化鎂。4.如權(quán)利要求1或3所述方法，其特征在于步驟(1)所述骨架層通過將骨架層材料與造孔劑、粘結(jié)劑混合后通過泥漿涂覆，絲網(wǎng)印刷，旋轉(zhuǎn)涂覆或溶液釤滴涂中的一種方法覆蓋電解質(zhì)表面，在800-1300℃煅燒得到；造孔劑為石墨、淀粉或PMMA、PS、PVDF聚合物，粘結(jié)劑為PVB、乙基纖維素或水楊酸的有機(jī)溶液，造孔劑與骨架層材料的質(zhì)量比0.05-1，粘結(jié)劑與骨架層材料的質(zhì)量比0.5-2。5.如權(quán)利要求1所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程謨杰，劉中波，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21