一种固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料电池领域，具体涉及到一种固体氧化物燃料电池阴极粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池(S0FC)可以将燃料中的化学能直接转变成电能，具有高效、安全、环保、操作灵活等优点。因此，从人类对能源的需求及对生态环境的保护要求来说，S0FC研究具有广阔的应用与发展前景。
[0003]固体燃料电池是由中间一层致密的电解质和两边与电解质烧结在一起的多孔阴极和阳极组成，电解质一般选用具有纯离子导电能力的氧离子导体，电极材料往往选择离子-电子混合导体。而钙钛矿型氧化物材料能够满足固体燃料电池各个组件的要求，这是由于其独特的晶体结构导致了其性能的多样性，既能满足于作为电解质材料传导离子的要求同时也能够满足作为电极材料具有多孔催化作用且能够传导电子离子的能力。
[0004]目前制备钙钛矿阴极粉体的方法主要有固相反应法、溶胶凝胶法、水热合成法、络合燃烧法和等离子气相法等方法。传统的固相反应法需要将固体原料混合、研磨后在高温下煅烧，由于机械混合分散的均匀性较差，得到的产物不仅粒径较大而且很难得到纯相。胶凝胶法能够在较低的温下得到纯相的粉体，但是溶胶凝胶法需要经历溶胶-凝胶-煅烧多个阶段，生产周期长。水热法需要的压力较高，因而对设备的要求高。络合燃烧法虽然制备粉体需要的时间短但粉体合成的整个过程会产生大量的燃烧烟气并浪费燃料。气相法虽然能够快速合成粒径小、纯相度高的钙钛矿粉体，但是这种方法需要复杂的生产设备且产量小。与上述制备方法相比，熔盐法具有成相温度低、对设备要求低、制备工艺简单等优点，因此具有更为广阔的应用前景。本发明制备固体氧化物燃料电池阴极材料所使用的K0H/KN03混合熔盐比其它发明使用的熔盐合成温度低了 250°C~900°C。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于降低制备固体氧化物燃料电池钙钛矿型阴极粉体的制备温度，缩短制备时间，以降低制备成本。
[0006]本发明的特征是将目的产物中各种金属离子硝酸盐的混合物与熔盐混合，经低温煅烧，使硝酸盐分解并反应生成钙钛矿相复合金属氧化物。
[0007]本发明所使用的原料为硝酸镧、硝酸锶、硝酸锰、硝酸铁，其投料比取决于目的产物中金属离子的摩尔比。
[0008]本发明中产物的组成为LaxSr(1—x)FeyMn(1—y)03，其中x=0.3?0.7，y=0.5-1。
[0009]本发明中熔盐的组成为KOH与ΚΝ03，其摩尔比为1: 1。
[0010]本发明中熔盐混合物与金属硝酸盐混合物的质量比为(4?10):1。
[0011]本发明中熔盐与金属硝酸盐的混合物应置于镍坩祸或其它镍制容器中煅烧，煅烧温度为350°C~400°C，煅烧时间为0.5?10小时，升温速度为2?5°C/min，自然降温。
[0012]本发明中煅烧后的粉体需要经过溶解、抽滤并水洗、干燥工序后方可得到纯净的目的产物。
[0013]本发明的技术优势在于:可以大幅度降低的粉体的合成温度，缩短了粉体的合成时间，降低了制备过程中的能耗。
【附图说明】
[0014]图1是本发明提供的实施例1合成固体氧化物燃料电池阴极粉体钙钛矿La0.3Sr0.τΜηο.sFe0.503粉体的XRD图，所有峰均为钙钛矿型特征峰；
图2是本发明提供的实施例2合成固体氧化物燃料电池阴极粉体钙钛矿La0.ySr0.3Mn0.sFe0.503粉体的XRD图，所有峰均为钙钛矿型特征峰；
图3是本发明提供的实施例3合成固体氧化物燃料电池阴极粉体钙钛矿La0.7SrQ.3Fe03粉体的XRD图，所有峰均为钙钛矿型特征峰；
图4是本发明提供的实施例4合成固体氧化物燃料电池阴极粉体钙钛矿La0.6Sr0.4Mn0.sFe0.503粉体的XRD图，所有峰均为钙钛矿型特征峰；
图5是本发明提供的实施例2合成固体氧化物燃料电池阴极粉体钙钛矿La0.7Sr0.3Mn0.sFe0.5Ο3粉体的粒径分布图；
图6是本发明提供的实施例2合成固体氧化物燃料电池阴极粉体钙钛矿La0.ySr0.3Mn0.sFe0.5〇3粉体的SEM形貌图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0016]实施例1:
La0.3Sr0.7MnQ.5Fe().503粉体的制备，具体步骤如下:
按分子式La0.3Sr0.7Mn().5Fe().503中各金属兀素化学计量比称取一定量的硝酸镧、硝酸锶、硝酸锰和硝酸铁放置于烧杯中并向烧杯中加入适量的蒸馏水，将烧杯放置磁力搅拌器上，在加热搅拌的条件下将混合液蒸发得到金属硝酸盐的混合物，将金属硝酸盐的混合物倒入研钵中充分研磨后加入其质量5倍的K0H和KN03混合盐其中K0H与KN03的摩尔比为1:1，继续研磨，研磨后将混合物转移至镍坩祸，放入马弗炉中，在空气气氛下，以3°C/min的升温速率加热至400°C，保温2小时后自然冷却，待炉温降至室温将镍坩祸取出，将里面的混合物充分水洗直至中性后进行抽滤、干燥最终得到固体燃料电池阴极粉体。
[0017]
实施例2:
La0.7Sr0.3MnQ.5Fe().503粉体的制备，具体步骤如下:
按分子式La0.7Sr0.3Mn().5Fe().503中各金属兀素化学计量比称取一定量的硝酸镧、硝酸锶、硝酸锰和硝酸铁放置于烧杯中并向烧杯中加入适量的蒸馏水，将烧杯放置磁力搅拌器上，在加热搅拌的条件下将混合液蒸发得到金属硝酸盐的混合物，将金属硝酸盐的混合物倒入研钵中充分研磨后加入其质量4倍的K0H和KN03混合盐其中K0H与KN03的摩尔比为1:1，继续研磨，研磨后将混合物转移至镍坩祸，放入马弗炉中，在空气气氛下，以2°C/min的升温速率加热至350°C，保温2小时后自然冷却，待炉温降至室温将镍坩祸取出，将里面的混合物充分水洗直至中性后进行抽滤、干燥最终得到固体燃料电池阴极粉体。
[0018]
实施例3:
La0.7Sr0.3Fe03粉体的制备，具体步骤如下:
按分子式La0.7Sn).3Fe03中各金属元素化学计量比称取一定量的硝酸镧、硝酸锶和硝酸铁放置于烧杯中并向烧杯中加入适量的蒸馏水，将烧杯放置磁力搅拌器上，在加热搅拌的条件下将混合液蒸发得到金属硝酸盐的混合物，将金属硝酸盐的混合物倒入研钵中充分研磨后加入其质量10倍的Κ0Η和KN03混合盐其中Κ0Η与KN03的摩尔比为1:1，继续研磨，研磨后将混合物转移至镍坩祸，放入马弗炉中，在空气气氛下，以2°C/min的升温速率加热至400°C，保温10小时后自然冷却，待炉温降至室温将镍坩祸取出，将里面的混合物充分水洗直至中性后进行抽滤、干燥最终得到固体燃料电池阴极粉体。
[0019]
实施例4:
La0.6Sr0.4MnQ.5Fe().503粉体的制备，具体步骤如下:
按分子式La0.6Sr0.4Mn().5Fe().503中各金属兀素化学计量比称取一定量的硝酸镧、硝酸锶、硝酸锰和硝酸铁放置于烧杯中并向烧杯中加入适量的蒸馏水，将烧杯放置磁力搅拌器上，在加热搅拌的条件下将混合液蒸发得到金属硝酸盐的混合物，将金属硝酸盐的混合物倒入研钵中充分研磨后加入其质量4倍的Κ0Η和KN03混合盐其中Κ0Η与KN03的摩尔比为1:1，继续研磨，研磨后将混合物转移至镍坩祸，放入马弗炉中，在空气气氛下，以5°C/min的升温速率加热至400°C，保温0.5小时后自然冷却，待炉温降至室温将镍坩祸取出，将里面的混合物充分水洗直至中性后进行抽滤、干燥最终得到固体燃料电池阴极粉体。
【主权项】
1.一种恪盐法制备固体氧化物燃料电池阴极材料LaxSr(i—x)FeyMn(i—y)03的方法，其特征在于: 以硝酸镧、硝酸锶、硝酸锰、硝酸铁作为原料，将其按照目的产物组成需要的摩尔比溶解于蒸馏水中，然后将该溶液在搅拌的条件下加热蒸干得到金属硝酸盐的混合物； 将KOH与KN03按照1:1的摩尔比混合后加入步骤(1)得到的金属硝酸盐的混合物中充分研磨，KOH与KN03混合熔盐的质量与金属硝酸盐的混合物的质量比为(4?10): 1 ； 将步骤(2)得到的混合物放入到镍坩祸中并将转移至高温炉内，在空气气氛下加热至350°C~400°C，保温0.5?10小时后自然冷却； (4)将步骤(3)得到的混合物用水溶解，经抽滤、水洗、干燥后即得所需的目的产物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: I丐钛矿型阴极材料粉体化学式为LaxSr(i—x)FeyMn(i—y)03，其中x=0.3~0.7，y=0.5~1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 所用的熔盐为KOH和KN03，其摩尔比为1:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 所用的坩祸为镍坩祸。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 煅烧温度在350°C~400°C之间。
【专利摘要】本发明涉及一种固体氧化物燃料电池LaxSr(1-x)FeyMn(1-y)O3阴极粉体的制备方法，本方法采用KOH与KNO3做为熔盐，以硝酸镧、硝酸锶、硝酸铁、硝酸锰作为原料，将上述硝酸盐按照目的产物组成需要的摩尔比用水溶解，并在加热搅拌的条件下将水分蒸干得到金属硝酸盐的混合物，熔盐与金属硝酸盐的混合物按照质量比(4~10):1充分研磨混合后，在350℃~400℃下煅烧0.5~10小时，自然冷却后将混合物溶解、水洗并抽滤，干燥后得目标粉体。本发明具有生产设备简单、工艺流程短，易于操作和控制的特点，能够在较低的温度下制备出具有单一钙钛矿相的固体氧化物燃料电池阴极粉体。
【IPC分类】H01M4/90
【公开号】CN105428667
【申请号】CN201510910340
【发明人】范宝安, 任晓静, 张俊波
【申请人】武汉科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月10日