实施方式】
[0014]下面通过具体实施例做进一步描述。
[0015]利用静电纺丝方法制备由钙钛矿氧化物PrBaQ.92Co206_s ( δ为缺氧量)与电解质Gda Aetl.P1.95构成的核-壳纳米纤维结构中低温SOFC阴极材料
步骤一、分别配制PrBaa92Co206_s纺丝前驱体溶液和Gd α Kea9Ou^丝前驱体溶液 PrBaa92Co206_s纺丝前驱体溶液配制过程:
按照合成0.4mmol PrBaQ.92Co206_s的金属离子计量比准确称取Pr (NO3) 3.6H20 0.174g、Ba (NO3) 2 0.0961g、Co(Ac)2.4H20 0.199g，放入由 0.2ml 去离子水、0.5ml 酒精与 6ml N，N_二甲基甲酰胺构成的混合溶剂中，在室温下磁力搅拌至以上试剂完全溶解、混合均匀；然后将
1.0克聚乙烯吡咯烷酮在磁力搅拌下溶于以上混合溶液，得到混合均匀的PrBaa92Co2CVs纺丝前驱体溶液，将溶液超声去气泡，在室温下放置10小时；
电解质Gda Aetl.A95纺丝前驱体溶液配制过程:
将0.35克聚乙烯吡咯烷酮溶于由0.2ml去离子水、0.5ml酒精与2ml N，N-二甲基甲酰胺构成的混合溶剂中，在室温下磁力搅拌至完全溶解；按照合成0.4mmol Gda Aea9O1^5的金属离子计量比称取0.156克Ce (NO3) 3.6Η20、0.018克Gd (NO3) 3.6Η20,加入以上混合溶液中，室温下磁力搅拌至完全溶解，得到电解质Gda Ketl.Wu5纺丝前驱体溶液，将溶液2超声去气泡，在室温下放置10小时。
[0016]步骤二、PrBaa92Co2CVs-GdaiCea9Oh9i^ -壳纳米纤维的静电纺丝制备
分别将以上配制好的PrBaa 92Co206_ s纺丝前驱体溶液与Gd & iCea巩.95纺丝前驱体溶液注入静电纺丝注射器的内层与外层通道内，调节纺丝针头与接受器的间距为10cm，加高压10-15 kV进行同轴喷射，利用注射泵控制PrBaa92Co206_s溶液与Gd CllCea9C^95溶液的流速为5-20 μ 1/min,同轴纺丝得到PrBaQ.92Co206_s组分为纤维核、Gd CllCea9Oh9组分为外壳层的纳米纤维；改变两种纺丝前驱体溶液的注入位置，即将Gdci lCetl 9O19^液注入静电纺丝注射器的内层通道，而PrBaa92Co206_s溶液注入外层通道，进行静电纺丝，则得到GdaKea9O1^组分为纤维核、PrBa a92Co206_s组分为外壳层的同心复合纤维；将获得的PrBaaD2Co2CVs-GdaiCea9Oh9^心复合纤维在60°C干燥箱内干燥处理20小时。
[0017]步骤三、PrBa0 92Co206_δ -Gd0 !Ce0.90L 95同心复合纤维阴极烧结成相
将以上干燥后PrBaa92Co2CVs-GdaiCea9Oh95同心复合纤维进行高温烧结，首先以3°C /分钟升温速率加热至600°C，保温3小时，然后以5°C /分钟速率加热至1050°C并保温2小时，最后以10°C /分钟速率降温至室温，得到两种不同构造的PrBaa92Co2CVs-GdaiCea9Oh95核-壳纳米纤维阴极材料，其中PrBaa92Co206_s为正交相层状钙钛矿结构，GdaiCea9Oh95S面心立方相结构。获得的PrBaa92C02CVs-GdaiCea9Ou^ -壳纳米纤维阴极在500-700°C温度下氧还原催化活性增强30-80%，热膨胀系数降低20-40%，抗CO2表面吸附毒化能力提高40-70%，阴极综合性能提高。
【主权项】
1.一种核-壳纳米纤维结构中低温固态氧化物燃料电池阴极，其特征在于，所述的核-壳纳米纤维结构阴极由纳米纤维核与纳米外壳层构成，所述纳米纤维核与纳米外壳层分别由钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A与氧离子导体电解质组分B构成，或者相反，由钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A构成纳米外壳层，氧离子导体电解质组分B构成纳米纤维核；所述纳米纤维结构中，纳米纤维核直径为50-500纳米，纳米外壳层厚度为100-800纳米。
2.权利要求1所述的一种核-壳纳米纤维结构中低温固态氧化物燃料电池阴极的静电纺丝制备方法，其特征在于，首先分别配制钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A纺丝前驱体溶液和氧离子导体电解质组分B纺丝前驱体溶液，然后将两种纺丝前驱体溶液分别注入内层与外层纺丝通道内，或者将钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A纺丝前驱体溶液和氧离子导体电解质组分B纺丝前驱体溶液注入相反纺丝通道，进行同轴纺丝，制备同心复合纤维，纤维经干燥、高温烧结，获得由钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A和氧离子导体电解质组分B构成的两种不同核-壳纳米纤维结构阴极材料；本发明所述的核-壳纳米纤维结构阴极的具体制备步骤如下: 步骤一、分别配制钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A纺丝前驱体溶液和氧离子导体电解质组分B纺丝前驱体溶液； 钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A纺丝前驱体溶液配制过程: 按照钙钛矿结构氧化物的化学计量比，称取所需的含相应金属离子的醋酸盐或硝酸盐试剂，磁力搅拌下溶于去离子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后在磁力搅拌下将聚乙烯吡咯烷酮溶于以上混合溶液；或者，首先在磁力搅拌下将聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后再将所需的含相应金属离子的醋酸盐或硝酸盐试剂加入、磁力搅拌至完全溶解；混合溶液中去离子水、酒精与N，N-二甲基甲酰胺溶剂的体积比为0.1-0.5: 0.5-1: 5-10，聚乙烯吡咯烷酮的用量为以上混合溶液中醋酸盐与硝酸盐试剂总质量的1.5-3倍；将混合均匀的钙钛矿结构氧化物纺丝前驱体溶液超声去气泡，在室温下放置5-15小时； 氧离子导体电解质组分B纺丝前驱体溶液配制过程: 按照电解质氧化物的化学计量比，称取所需的含相应金属离子的醋酸盐或硝酸盐试剂，，磁力搅拌下溶于去离子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后将聚乙烯吡咯烷酮溶于以上混合溶液；或者，首先将聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后再将所需的含相应金属离子的醋酸盐或硝酸盐试剂加入、磁力搅拌至完全溶解；混合溶液中去离子水、酒精与N，N- 二甲基甲酰胺溶剂的体积比为0.1-0.5:.0.5-1: 5-10，聚乙烯吡咯烷酮的用量为以上混合溶液中醋酸盐与硝酸盐试剂总质量的.1.5-3倍；得到氧离子导体电解质纺丝前驱体溶液，将溶液2超声去气泡，在室温下放置.5-15小时； 步骤二、核-壳纳米纤维的静电纺丝制备 分别将以上配制好的钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A纺丝前驱体溶液和氧离子导体电解质组分B纺丝前驱体溶液注入静电纺丝头的内层与外层通道内，进行共轴喷射，纺丝条件:纺丝液的流速5-30 μ 1/min，纺丝电压10_25kV，纺丝针头与接受器的间距5-15cm ;纳米纤维的核-壳构造由钙钛矿结构离子-电子混合导体氧化物组分A纺丝前驱体溶液和氧离子导体电解质组分B纺丝前驱体溶液在内层与外层通道的注入位置决定，通过改变纺丝电压与两种纺丝液的流速对纳米纤维中纤维核的直径与外壳层的厚度进行调控，得到不同构造的核-壳同心复合纤维，然后将纤维在40-80°C干燥箱内干燥处理.10-20小时； 步骤三、核-壳纳米纤维阴极烧结成相 将以上干燥后同心复合纤维进行高温烧结，烧结条件是:以3-6°C /分钟升温速率加热至400-600°C，保温2-5小时，然后以5-10°C /分钟速率加热至1000-1150°C并保温1_5小时，最后以5-12°C /分钟速率降温至室温，在此高温烧结过程中，钙钛矿结构氧化物组分与氧离子导体电解质组分各自成相，形成核-壳纳米纤维阴极材料。
【专利摘要】一种核-壳纳米纤维结构中低温固态氧化物燃料电池阴极及其静电纺丝制备方法，属于功能材料领域。所述核-壳纳米纤维结构阴极由纳米纤维核与纳米外壳层构成，纤维核与外壳层分别由钙钛矿结构离子-电子混合导体组分A与氧离子导体电解质组分B构成，或者组分相反；上述核-壳纳米纤维阴极由静电纺丝制备，分别配制组分A和组分B纺丝前驱体溶液，将两种溶液分别注入内层或外层纺丝通道内进行纺丝，将复合纤维干燥、高温烧结，获得核-壳纳米纤维结构阴极材料。此核-壳纳米纤维结构增强中低温SOFC阴极氧还原催化活性、抗CO2表面吸附毒化能力及结构与性能稳定性，且工艺简单，成本低。
【IPC分类】H01M4-88, H01M4-86, B82Y30-00, D01F9-08
【公开号】CN104752734
【申请号】CN201510086996
【发明人】姜雪宁, 周文龙, 王姣, 贾国强
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月25日