及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学电源固体氧化物燃料电池阴极材料技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2Cu04，本发明还涉及一种固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2CuO4的制备方法。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池是一种高效、洁净的能源转换装置，近年来受到各国的广泛关注。然而传统的高温燃料电池运行温度较高(800?1000°C)，这会造成的热稳定性变差，电极与电解质之间易发生化学反应生成绝缘相，而导致电极极化电阻增大而影响电池的性能。制备具有纳米尺度的阴极材料可以延伸电极上电化学反应活性区域，增加阴极材料的电催化性能，从而改善整个电池的电化学性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2CuO4的制备方法，解决了现有技术中存在的粉体阴极材料在中温条件下工作时极化电阻和阴极过电位大的问题。
[0004]本发明的另一目的是提供一种由上述固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2CuO4的制备方法制备得到的固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2CuO4。
[0005]本发明所采用的第一技术方案是，一种固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2CuO4的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0006]步骤1、制备鸡蛋壳膜，
[0007]步骤2、制备硝酸盐混合溶液，
[0008]步骤3、制备纳米阴极Ln2Cu〇4。
[0009]在技术方案中，步骤I制备鸡蛋壳膜具体为:将新剥离的鸡蛋壳膜I?5g放置于去离子水中进行超声振荡I?2小时，然后将鸡蛋壳膜取出后置于烘箱中，在50?80°C下烘干I?3小时，得到干燥的鸡蛋壳膜。
[0010]步骤2中制备硝酸盐混合溶液具体为:将可溶性稀土硝酸盐和硝酸铜溶解于50?10mL去离子水中，其中，可溶性稀土硝酸盐和的硝酸铜的摩尔比为2:1，搅拌后得到硝酸盐混合溶液。
[0011 ]步骤3中制备纳米阴极Ln2Cu04具体为:将干燥的鸡蛋壳膜浸渍于上述硝酸盐混合溶液中6?12小时，取出后以5?10°C/min速率升温在600?800°C进行烧结，烧结时间为5?10小时，即可得到纳米阴极Ln2Cu04。
[0012]步骤2 中可溶性稀土硝酸盐为 La(N03)3、Pr(N03)3、Nd(N03)3 或 Sm(NO3)3t5
[0013]步骤3中得到的纳米阴极Ln2Cu04中的Ln元素为La、Pr、Nd或Sm。
[0014]本发明所采用的第二技术方案是，一种由上述制备方法制备的得到的固体氧化物燃料电池纳米阴极材料Ln2Cu〇4。
[0015]本发明的有益效果是:本发明通过以鸡蛋壳膜为模板制备的纳米材料Ln2CuO4,其粒子大小约为35纳米，模板材料廉价，制备方法简单易行，经过高温快速烧结后的阴极材料具有更高的电催化性能。利用交流阻抗谱法，测试了纳米阴极在500?700°C的空气气氛下的电化学性能，得到的极化电阻为0.3ohm.cm2，极化电阻为传统粉体材料的一半。并且在空气气氛下烧结24小时后，纳米阴极材料Ln2Cu04与固体电解质Ce0.9Gd0.1O1.95不发生化学反应，具有很好的热化学稳定性。本发明主要应用于固体氧化物燃料电池阴极材料中。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例1制备的纳米阴极材料La2CuO4的扫描电子显微镜图像(SEM);
[0017]图2是本发明实施例1制备的纳米阴极材料La2CuO4及粉末阴极La2CuO4在700°C空气中交流阻抗谱图；其中图中-〇_表示纳米阴极La2CuO4的交流阻抗谱图，-Λ-表示粉体阴极材料La2Cu04的交流阻抗谱图；
[0018]图3是本发明实施例一制备的纳米阴极La2CuO4及粉末阴极La2CuO4在700°C下空气中阴极极化曲线图，图中-._表示纳米阴极La2CuO4的阴极极化曲线，-▲_表示粉体阴极La2Cu04的阴极极化曲线。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0020]本实施方式以鸡蛋壳膜为模版制备固体氧化物燃料电池纳米阴极Ln2CuO4的方法按下列步骤实现:
[0021]一、制备鸡蛋壳膜，将新剥离的鸡蛋壳膜I?5g放置于去离子水中进行超声振荡I?2小时，然后将鸡蛋壳膜取出后置于烘箱中，在50?80°C下烘干I?3小时，得到干燥的鸡蛋壳膜；
[0022]二、制备硝酸盐混合溶液，将可溶性稀土硝酸盐和硝酸铜溶解于50?10mL去离子水中，其中，可溶性稀土硝酸盐和的硝酸铜的摩尔比为2:1，搅拌后得到硝酸盐混合溶液；
[0023]三、制备纳米阴极Ln2CuO4，将干燥的鸡蛋壳膜浸渍于上述混合溶液中6?12小时，取出后以5?10°C/min速率升温在600?800°C进行烧结，烧结时间为5?10小时，即可得到纳米阴极Ln2Cu〇4;
[0024]步骤二所述的可溶性稀土硝酸盐为La(N03)3、Pr(N03)3、Nd(N03)3或Sm(NO3)3;得到的纳米阴极Ln2Cu04中的Ln元素为La、Pr、Nd或Sm。
[0025]本发明得到的具有纳米结构的阴极材料Ln2CuO4可以延伸电极一电解质一空气的三相反应界面，增加电化学反应的活性区域，改善电极上氧气的输运与扩散，从而提高固体氧化物燃料电池的阴极性能。
[0026]鸡蛋壳膜超声振荡时间少于I个小时，膜与蛋壳分离的不好;振荡时间大于2个小时鸡蛋壳膜容易破裂。制备硝酸盐混合溶液，硝酸铜溶解去离子水中的毫升数，去离子水少于50mL时，混合溶液不能完全浸润鸡蛋壳膜;去离子水大于10mL时，浸润到去离子水少的金属离子量太少，不容易烧结成相。鸡蛋壳膜浸渍混合溶液时间小于6个小时，混合溶液中离子不能完全浸润到壳膜;若时间大于12个小时时，鸡蛋壳膜在空气中容易老化、变性。升温速率小于5°C/min，阴极Ln2CuO4很难形成纳米形貌;烧结时间小于5h和温度低于600°C，不能形成Ln2CuO4相，若烧结时间大于10小时、温度高于800°C ,Ln2CuO4粒子发生团聚现象，不能形成纳米尺度的材料。
[0027]实施例1
[0028]本实施例