专利名称：一种固体氧化物燃料电池阴极粉末制备方法
技术领域：
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池阴极粉末制备方法。
背景技术：
降低阴极极化电阻是降低固体氧化物燃料电池工作温度的关键因素。采用纳米晶高 性能阴极粉末制备阴极对降低阴极极化电阻具有重要的作用。因此，当前开发出一种能 够稳定制备高性能的纳米晶阴极粉末技术显得尤为重要。
阴极材料的制备可分为固相和化学法两种。固相法相对简单，但制备出的粉末不均 匀，颗粒度通常在5到20Mffl,而化学法制备出的粉末较为均匀，颗粒度通常在纳米与亚 微米量级。化学法制粉包括共沉淀法，溶胶凝胶法，自燃烧法等方法，虽然上述方法可 制备出较细并且均匀的粉末，但工艺复杂、工艺流程长、成本高、不易大规模生产。
专利号为86101030的中国专利报道了一种燃料电池阴极制备方法，其采用了仅仅 喷雾方法，所以，需要在比较高温度的反应器里进行，依然存在工艺复杂、成本高、不 易大规模生产的问题。
本发明的发明人采用喷雾干燥+阴极粉末+工业乙醇或/和去离子水+固体氧化物
燃料电池(Spray drying+ Cathode powders+Alcohol or and distilled water十Solid oxide fuel cell)作为关键词检索了美国的《金属文摘》(Metals Abstracts)、美国的
《工程文摘索引》(EI)、我国的《中国期刊网》禾B《维普中文期刊数据库》等科技文献 索引，均没有查到完全相关文献。申请人还检索了美国专利文摘和欧洲专利文摘
(EP&PCT)与《中国专利信息网》也没有发现同类专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种固体氧化物燃料电池阴极粉末制备方法，其 工艺合理简单，成本低，适合大规模生产。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种固体氧化物燃料电池阴极粉末 制备方法，其特征在于按照燃料电池中阴极粉末金属元素的配比要求准备好硝酸镧、硝酸锰、硝酸锶溶液，溶液的溶剂采用乙醇或/和水溶剂，将溶液混合均匀；通过喷雾干燥 机将混合溶液进行喷雾干燥，制备获得白色的粉末或凝胶状物质；之后，将白色粉末或 凝胶状物质置于箱式电阻炉中进行焙烧，得到固体氧化物燃料电池的阴极粉末。
作为优选条件，所述的喷雾干燥，当溶剂有采用乙醇的时候，喷雾过程中出口温度 为79 84。C,调整料液进速为10 13ml/min，气体压量为7 81/min;当溶剂有采用水 溶剂的时候，喷雾过程中出口温度〉95 T，调整料液进速为15 18ml/min，气体压量为 10 11.5 1/min。
作为优选条件，所述的焙烧分为两个阶段，第一阶段控温程序为从室温加热到 690~710°C，保温1.5 2.5小时后降到室温，升降温速率均为90~110°C/h;第二阶段控 温程序为从室温加热到940 95(TC，保温1.5 2.5小时后降到室温，升降温速率也均为 90~110°C/h，其中焙烧的第一阶段后进行球磨20 28h，第二阶段焙烧完毕后同样也进 行20 28h的球磨，以制备获得晶形一致、粒度小、粒经分布窄的粉末。
所述的阴极粉末为(LahSr,) yMn03类型的氧化物，其中0<x<l， 0〈y〈l。 最后，所述的乙醇采用工业乙醇，水采用去离子水，便于工业规模化生产。 与现有技术相比，本发明的优点在于喷雾干燥法制备固体氧化物燃料电池阴极粉 末的新工艺，采用工业乙醇或/和去离子水为硝酸盐的溶剂，以喷雾干燥为混料设备，对 固体氧化物燃料电池阴极粉末的制备取得了明显的效果，采用工业乙醇为溶剂，可大大 降低喷雾干燥的操作温度，由于喷雾干燥过程中进口温度和出口温度大大降低，有效的 防止了硝酸盐的分解，采用去离子水为溶剂，通过调节喷雾干燥过程的参数，不仅可以 获得固体氧化物燃料电池的阴极粉末，而且还可以提高制备速率和产率，降低成本，制 备操作过程简单、安全可靠，工艺合理简单，成本低，适合大规模生产。
图la、 lb为喷雾干燥制备固体氧化物燃料电池阴极LSM粉末的焙烧前后对比图； 图2喷雾干燥法制备阴极粉末的X衍射峰图3以工业乙醇为溶剂喷雾干燥法制备获得的固体氧化物燃料电池阴极粉末粒度 分布图4以去离子水为溶剂喷雾干燥法制备获得的固体氧化物燃料电池阴极粉末粒度分 布图。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
制备(Lao.75Sra25) a95Mn03阴极粉末。原料组成为69.918g的硝酸镧+6.031g的硝 酸锶+71.567g的50%硝酸锰溶液，其中硝酸镧和硝酸锰溶解于1000ml工业乙醇中， 硝酸锶溶解于100ml的去离子水中。随后，将去离子水溶液倒入工业乙醇为溶剂的溶液 中，并充分混合。喷雾干燥过程中，进口温度设置为120~125°C，出口温度>96°0时开 始试喷，当试喷稳定后，即出口温度>78°〇稳定后进行正式的喷雾干燥，调整料液进速 为10~13ml/min，气体压量为7~81/min，此时喷雾过程中出口温度为79 84°C 。
待喷雾干燥完毕后将粉末进行收集，随后放入IOO(TC的箱式电阻炉中进行焙烧。焙 烧分为两个阶段第一阶段控温程序为从室温加热到70(TC，保温两个小时后降到室温， 升降温速率均为10(TC/h;第二阶段控温程序为从室温加热到95(TC，保温两个小时后降 到室温，升降温速率也均为100tVh，其中焙烧的第一阶段后进行球磨24h左右，为了 得到更加细小的阴极粉末，第二阶段焙烧完毕后同样也进行24h的球磨。在完成第二阶 段的焙烧后，即可得到所需的(Lao.75Sr(U5),Mn03阴极粉末。图1为焙烧前后的对比。 (Lao.75Sra25) Q.95Mn03阴极粉末的晶体结构和粒度分布如图2、 3所示。从图中可以看 到，采用上述方法可以制备获得晶形一致、粒度小、粒经分布窄的粉末。
实施例2
制备(Lao.85Sro.15) a95Mn03阴极粉末。原料组成为69.918g的硝酸镧+6.031g的硝 酸锶+71.567g的50%硝酸锰溶液，并将硝酸盐溶液溶解于1000ml去离子水中。喷雾 干燥过程中，进口温度设置为220 230°C，出口温度〉15(TC时开始试喷，当试喷稳定 后，即出口温度MOO。C稳定后进行正式的喷雾干燥，调整料液进速为16.7ml/min，气体 压量为10~11.51/min，此时喷雾过程中出口温度〉95。C 。
待喷雾干燥完毕后将粉末进行收集，随后放入IOO(TC的箱式电阻炉中进行焙烧。焙 烧分为两个阶段第一阶段控温程序为从室温加热到700'C，保温两个小时后降到室温， 升降温速率均为10(TC/h;第二阶段控温程序为从室温加热到95(TC，保温两个小时后降 到室温，升降温速率也均为100°C/h，其中焙烧的第一阶段后进行球磨24h左右，为了得到更加细小的阴极粉末，第二阶段焙烧完毕后同样也进行24h的球磨。在完成第二阶 段的焙烧后，即可得到所需的(Lao.85Sr().15) ,Mn03阴极粉末。(Lao.85Sro.15) a95Mn03 阴极粉末的晶体结构和粒度分布如图2、 4所示。从图中同样可以看到，采用上述方法 可以制备获得晶形一致、粒度小、粒经分布窄的粉末。
权利要求
1、 一种固体氧化物燃料电池阴极粉末制备方法，其特征在于按照燃料电池中阴极 粉末金属元素的配比要求准备好硝酸镧、硝酸锰、硝酸锶溶液，溶液的溶剂采用乙醇或 /和水溶剂，将溶液混合均匀；通过喷雾干燥机将混合溶液进行喷雾干燥，制备获得白色 的粉末或凝胶状物质；之后，将白色粉末或凝胶状物质置于箱式电阻炉中进行焙烧，得 到固体氧化物燃料电池的阴极粉末。
2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的喷雾干燥，当溶剂有采用 乙醇的时候，喷雾过程中出口温度为79 84。C，调整料液进速为10 13ml/min,气体压 量为7 81/min。
3、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的喷雾干燥，当溶剂有采用 水溶剂的时候，喷雾过程中出口温度〉95 'C，调整料液进速为15 18ral/min，气体压量 为10 11. 5 1/min。
4、 根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于所述的焙烧分为两个阶段， 第一阶段控温程序为从室温加热到690 71(TC，保温1.5 2.5小时后降到室温，升降 温速率均为90 ll(TC/h;第二阶段控温程序为从室温加热到940 95(TC，保温1. 5 2.5小时后降到室温，升降温速率也均为90 11(TC/h，其中焙烧的第一阶段后进行球磨 20 28h,第二阶段焙烧完毕后同样也进行20~28h的球磨。
5、 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的阴极粉末为(Lai-xSrx) yMn03 类型的氧化物，其中0〈x〈1, 0<y〈l。
6、 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述的乙醇采用工业乙醇，水采 用去离子水。
全文摘要
一种固体氧化物燃料电池阴极粉末制备方法，其特征在于按照燃料电池中阴极粉末金属元素的配比要求准备好硝酸镧、硝酸锰、硝酸锶溶液，溶液的溶剂采用乙醇或/和水溶剂，将溶液混合均匀；通过喷雾干燥机将混合溶液进行喷雾干燥，制备获得白色的粉末或凝胶状物质；之后，将白色粉末或凝胶状物质置于箱式电阻炉中进行焙烧，得到固体氧化物燃料电池的阴极粉末。制备过程在以工艺乙醇为溶剂时，大大降低了喷雾干燥的进口和出口温度，可有效防止低分解温度硝酸盐的分解。当制备过程中以去离子水为溶剂时，通过调整进料速率，不仅可以避免硝酸锰的分解，而且可进一步提高制备速率，降低成本。
文档编号B22F9/08GK101310898SQ20071006890
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月22日 优先权日2007年5月22日
发明者官万兵, 王蔚国 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所