【技術實現步驟摘要】
本申請涉及固體氧化物電池，具體涉及一種片狀尖晶石鈷鐵氧體及其制備方法與應用。
技術介紹
1、堅持發展可持續材料和技術是解決當今能源和環境問題，尤其是傳統化石燃料能源與環境保護之間的矛盾的重要方案。在電池領域，固體氧化物燃料電池(sofc)繼承了燃料電池的高效特性和全固態結構，與需要充電和放電操作的二次電池相比，sofc能以一種環保的方式直接將化學能轉化為電能，并因此成為了研究熱點之一。然而，sofc通常需要在800-1000℃的條件下運行，長期在高溫下運行容易使電池出現顆粒粗化的現象，造成性能衰減。部分研究者嘗試降低工作溫度，發現這一調整會延遲陰極的氧還原反應(orr)動力學，進而降低sofc的總體效率，更換合適的陰極材料或許可以有效降低sofc的運行溫度。
2、鈣鈦礦氧化物材料具有較高的氧離子傳輸性能和較快的表面氧交換動力學，因而被視為最具有前途的陰極候選材料，然而，堿土金屬的偏析影響、較大的熱膨脹系數以及較高的成本阻礙了其應用和發展。與鈣鈦礦基陰極相比，尖晶石材料通常不含堿土金屬，有效地防止了由于在制備和操作過程中形成碳酸鹽而導致的材料性能降低。且尖晶石材料目前常被用作sofc堆中金屬互連的保護層，具有優異的穩定性。因此，將尖晶石材料用作陰極材料可能有助于提高sofc的穩定性。
3、尖晶石鈷鐵氧體是常見的尖晶石材料之一，目前其常見的制備方法主要為共沉淀法、水熱法以及溶膠-凝膠法，制備的尖晶石形貌多為不規則的納米顆粒狀。這些制備方法不僅流程較為復雜，且多需要高溫高壓環境反應，或者在高溫(1000℃左右)
4、綜上所述，有必要研發一種片狀尖晶石鈷鐵氧體及其制備方法與應用，以解決上述問題。
技術實現思路
1、鑒于
技術介紹
中存在的技術問題，本申請提供了一種片狀尖晶石鈷鐵氧體及其制備方法與應用，旨在通過制備合適的陰極材料，解決sofc長期在高溫下運行性能不夠穩定的技術問題。本申請采用co2激光誘導法制備了一種片狀形貌的尖晶石鈷鐵氧體(cofe2o4)，并通過改變激光功率調整尖晶石cofe2o4的片狀形貌大小和破碎程度，使其具備更高的比表面積。與普通顆粒狀的尖晶石cofe2o4相比，采用該片狀尖晶石cofe2o4制備得到的sofc具有更優異的氧還原活性、更低的極化阻抗以及更高的最大功率密度。此外，采用co2激光誘導法簡化了尖晶石cofe2o4的制備工藝，使時間成本更低，提高生產效率。
2、第一方面，本申請實施例提供了一種片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，采用co2激光誘導法進行制備，包括如下步驟：
3、s1，將co源和fe源溶于去離子水中，充分攪拌后加入檸檬酸，攪拌均勻，得到前驅體溶液。
4、s2，將步驟s1得到的前驅體溶液水浴加熱至變為紅棕色透明凝膠，然后將所述紅棕色透明凝膠干燥，研磨，得到第一粉末。
5、s3，將步驟s2得到的第一粉末均勻平鋪，在空氣氣氛下進行兩次co2激光誘導，得到第二粉末。所述co2激光誘導的功率為x，且4w＜x≤10w。
6、s4，待步驟s3得到的第二粉末冷卻至室溫，將所述第二粉末洗滌，干燥，得到所述片狀尖晶石鈷鐵氧體。
7、在一些實施例中，步驟s1中，所述前驅體溶液中的金屬離子的濃度為0.1mol/l；所述金屬離子與所述檸檬酸的摩爾比為1：(1.2-1.5)；進一步的，所述金屬離子中co離子與fe離子的摩爾比為1：2。
8、在一些實施例中，步驟s3中，所述co2激光誘導的掃速為100-150mms-1，所述co2激光誘導的功率為6-8w。
9、在一些實施例中，步驟s1中，所述co源為鈷鹽，所述fe源為鐵鹽；進一步的，所述鈷鹽為硝酸鈷，所述鐵鹽為硝酸鐵。
10、在一些實施例中，步驟s2中，所述水浴加熱的溫度為60-90℃。
11、在一些實施例中，步驟s2中，所述干燥的方式為鼓風干燥；所述鼓風干燥的溫度為70-90℃，時間為10-12h。
12、在一些實施例中，步驟s4中，所述干燥的溫度為70-90℃，時間為10-12h。
13、在一些實施例中，步驟s4中，所述洗滌指用蒸餾水洗滌2-3次后，再用乙醇洗滌2-3次。
14、第二方面，本申請實施例提供了一種片狀尖晶石鈷鐵氧體，采用前述方案中的任一制備方法制備得到，所述片狀尖晶石鈷鐵氧體中co與fe的化學計量比為1：2；所述片狀尖晶石鈷鐵氧體為片狀形貌。
15、第三方面，本申請實施例提供了一種片狀尖晶石鈷鐵氧體的應用，將前述方案中制備得到的片狀尖晶石鈷鐵氧體作為固體氧化物燃料電池的陰極材料。
16、本申請的有益效果是：
17、本申請提供了一種片狀尖晶石鈷鐵氧體及其制備方法與應用。本申請通過co2激光誘導方法改變尖晶石鈷鐵氧體的形貌，提高其比表面積，有效提升了該片狀尖晶石鈷鐵氧體的氧還原活性，使其在750-800℃下均表現出優異的性能。與傳統溶膠-凝膠制備方法相比，采用co2激光誘導可以顯著縮短制備陰極材料需要的時間成本，簡化制備工藝，提高生產效率。
18、(1)本申請采用co2激光誘導法制備片狀尖晶石鈷鐵氧體。相較于緩慢且耗能的傳統高溫煅燒方式，該方法的制備工藝簡單，反應速度快，且耗能少。通過調控co2激光功率可以使合成的尖晶石鈷鐵氧體具有合適的片狀結構，提升氧還原反應活性，其中，激光為8w制備得到的產物保持著良好的納米層片狀，且夾雜的納米顆粒較小，產物整體呈現細小且分離程度較好的片狀形貌。
19、(2)片狀形貌的尖晶石鈷鐵氧體比通過高溫固相制備的顆粒狀尖晶石鈷鐵氧體具有更高的比表面積，可以提供更長的三相反應界面，增加表面活性位點，使片狀尖晶石鈷鐵氧體具有更優異的電化學性能，與普通顆粒狀尖晶石鈷鐵氧體的性能相比，其在750℃下的極化阻抗降低了0.023ωcm2，最大功率密度增加了0.38w?cm-2。
20、(3)采用co2激光誘導制備可以減少燒結次數以及降低燒結時間，避免因長時間高溫煅燒可能產生的不良化學反應，使co2激光誘導制備出的粉末更加細膩，形貌更規整，無需研磨，進一步縮短了電極制備的時間。
21、上述說明僅是本申請技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。
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1.一種片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，采用CO2激光誘導法進行制備，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述前驅體溶液中的金屬離子的濃度為0.1mol/L；所述金屬離子與所述檸檬酸的摩爾比為1：(1.2-1.5)；進一步的，所述金屬離子中Co離子與Fe離子的摩爾比為1：2。
3.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述CO2激光誘導的掃速為100-150mms-1，所述CO2激光誘導的功率為6-8W。
4.根據權利要求2所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述Co源為鈷鹽，所述Fe源為鐵鹽；進一步的，所述鈷鹽為硝酸鈷，所述鐵鹽為硝酸鐵。
5.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述水浴加熱的溫度為60-90℃。
6.根據權利要求5所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述干燥的方式為鼓風干燥；所述鼓風干燥的溫度為70-90℃，時間為
7.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S4中，所述干燥的溫度為70-90℃，時間為10-12h。
8.根據權利要求7所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟S4中，所述洗滌指用蒸餾水洗滌2-3次后，再用乙醇洗滌2-3次。
9.一種權利要求1-8中任一項所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法制備的片狀尖晶石鈷鐵氧體，其特征在于，所述片狀尖晶石鈷鐵氧體中Co與Fe的化學計量比為1：2；所述片狀尖晶石鈷鐵氧體為片狀形貌。
10.一種根據權利要求9所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的應用，其特征在于，將所述片狀尖晶石鈷鐵氧體作為固體氧化物燃料電池的陰極材料。
...【技術特征摘要】
1.一種片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，采用co2激光誘導法進行制備，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述前驅體溶液中的金屬離子的濃度為0.1mol/l；所述金屬離子與所述檸檬酸的摩爾比為1：(1.2-1.5)；進一步的，所述金屬離子中co離子與fe離子的摩爾比為1：2。
3.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述co2激光誘導的掃速為100-150mms-1，所述co2激光誘導的功率為6-8w。
4.根據權利要求2所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述co源為鈷鹽，所述fe源為鐵鹽；進一步的，所述鈷鹽為硝酸鈷，所述鐵鹽為硝酸鐵。
5.根據權利要求1所述的片狀尖晶石鈷鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述水浴加熱的溫度為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚傳剛，張喆，張海霞，王楠，項東，郎笑石，蔡克迪，
申請(專利權)人：渤海大學，
類型：發明
國別省市：
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