專利名稱：一種固體氧化物燃料電池陰極粉末制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池陰極粉末制備方法。
背景技術(shù)：
降低陰極極化電阻是降低固體氧化物燃料電池工作溫度的關(guān)鍵因素。采用納米晶高 性能陰極粉末制備陰極對降低陰極極化電阻具有重要的作用。因此，當(dāng)前開發(fā)出一種能 夠穩(wěn)定制備高性能的納米晶陰極粉末技術(shù)顯得尤為重要。
陰極材料的制備可分為固相和化學(xué)法兩種。固相法相對簡單，但制備出的粉末不均 勻，顆粒度通常在5到20Mffl,而化學(xué)法制備出的粉末較為均勻，顆粒度通常在納米與亞 微米量級?；瘜W(xué)法制粉包括共沉淀法，溶膠凝膠法，自燃燒法等方法，雖然上述方法可 制備出較細并且均勻的粉末，但工藝復(fù)雜、工藝流程長、成本高、不易大規(guī)模生產(chǎn)。
專利號為86101030的中國專利報道了一種燃料電池陰極制備方法，其采用了僅僅 噴霧方法，所以，需要在比較高溫度的反應(yīng)器里進行，依然存在工藝復(fù)雜、成本高、不 易大規(guī)模生產(chǎn)的問題。
本發(fā)明的發(fā)明人采用噴霧干燥+陰極粉末+工業(yè)乙醇或/和去離子水+固體氧化物
燃料電池(Spray drying+ Cathode powders+Alcohol or and distilled water十Solid oxide fuel cell)作為關(guān)鍵詞檢索了美國的《金屬文摘》(Metals Abstracts)、美國的
《工程文摘索引》(EI)、我國的《中國期刊網(wǎng)》禾B《維普中文期刊數(shù)據(jù)庫》等科技文獻 索引，均沒有查到完全相關(guān)文獻。申請人還檢索了美國專利文摘和歐洲專利文摘
(EP&PCT)與《中國專利信息網(wǎng)》也沒有發(fā)現(xiàn)同類專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種固體氧化物燃料電池陰極粉末制備方法，其 工藝合理簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種固體氧化物燃料電池陰極粉末 制備方法，其特征在于按照燃料電池中陰極粉末金屬元素的配比要求準(zhǔn)備好硝酸鑭、硝酸錳、硝酸鍶溶液，溶液的溶劑采用乙醇或/和水溶劑，將溶液混合均勻；通過噴霧干燥 機將混合溶液進行噴霧干燥，制備獲得白色的粉末或凝膠狀物質(zhì)；之后，將白色粉末或 凝膠狀物質(zhì)置于箱式電阻爐中進行焙燒，得到固體氧化物燃料電池的陰極粉末。
作為優(yōu)選條件，所述的噴霧干燥，當(dāng)溶劑有采用乙醇的時候，噴霧過程中出口溫度 為79 84。C,調(diào)整料液進速為10 13ml/min，氣體壓量為7 81/min;當(dāng)溶劑有采用水 溶劑的時候，噴霧過程中出口溫度〉95 T，調(diào)整料液進速為15 18ml/min，氣體壓量為 10 11.5 1/min。
作為優(yōu)選條件，所述的焙燒分為兩個階段，第一階段控溫程序為從室溫加熱到 690~710°C，保溫1.5 2.5小時后降到室溫，升降溫速率均為90~110°C/h;第二階段控 溫程序為從室溫加熱到940 95(TC，保溫1.5 2.5小時后降到室溫，升降溫速率也均為 90~110°C/h，其中焙燒的第一階段后進行球磨20 28h，第二階段焙燒完畢后同樣也進 行20 28h的球磨，以制備獲得晶形一致、粒度小、粒經(jīng)分布窄的粉末。
所述的陰極粉末為(LahSr,) yMn03類型的氧化物，其中0<x<l， 0〈y〈l。 最后，所述的乙醇采用工業(yè)乙醇，水采用去離子水，便于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于噴霧干燥法制備固體氧化物燃料電池陰極粉 末的新工藝，采用工業(yè)乙醇或/和去離子水為硝酸鹽的溶劑，以噴霧干燥為混料設(shè)備，對 固體氧化物燃料電池陰極粉末的制備取得了明顯的效果，采用工業(yè)乙醇為溶劑，可大大 降低噴霧干燥的操作溫度，由于噴霧干燥過程中進口溫度和出口溫度大大降低，有效的 防止了硝酸鹽的分解，采用去離子水為溶劑，通過調(diào)節(jié)噴霧干燥過程的參數(shù)，不僅可以 獲得固體氧化物燃料電池的陰極粉末，而且還可以提高制備速率和產(chǎn)率，降低成本，制 備操作過程簡單、安全可靠，工藝合理簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。


圖la、 lb為噴霧干燥制備固體氧化物燃料電池陰極LSM粉末的焙燒前后對比圖； 圖2噴霧干燥法制備陰極粉末的X衍射峰圖3以工業(yè)乙醇為溶劑噴霧干燥法制備獲得的固體氧化物燃料電池陰極粉末粒度 分布圖4以去離子水為溶劑噴霧干燥法制備獲得的固體氧化物燃料電池陰極粉末粒度分 布圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例1
制備(Lao.75Sra25) a95Mn03陰極粉末。原料組成為69.918g的硝酸鑭+6.031g的硝 酸鍶+71.567g的50%硝酸錳溶液，其中硝酸鑭和硝酸錳溶解于1000ml工業(yè)乙醇中， 硝酸鍶溶解于100ml的去離子水中。隨后，將去離子水溶液倒入工業(yè)乙醇為溶劑的溶液 中，并充分混合。噴霧干燥過程中，進口溫度設(shè)置為120~125°C，出口溫度>96°0時開 始試噴，當(dāng)試噴穩(wěn)定后，即出口溫度>78°〇穩(wěn)定后進行正式的噴霧干燥，調(diào)整料液進速 為10~13ml/min，氣體壓量為7~81/min，此時噴霧過程中出口溫度為79 84°C 。
待噴霧干燥完畢后將粉末進行收集，隨后放入IOO(TC的箱式電阻爐中進行焙燒。焙 燒分為兩個階段第一階段控溫程序為從室溫加熱到70(TC，保溫兩個小時后降到室溫， 升降溫速率均為10(TC/h;第二階段控溫程序為從室溫加熱到95(TC，保溫兩個小時后降 到室溫，升降溫速率也均為100tVh，其中焙燒的第一階段后進行球磨24h左右，為了 得到更加細小的陰極粉末，第二階段焙燒完畢后同樣也進行24h的球磨。在完成第二階 段的焙燒后，即可得到所需的(Lao.75Sr(U5),Mn03陰極粉末。圖1為焙燒前后的對比。 (Lao.75Sra25) Q.95Mn03陰極粉末的晶體結(jié)構(gòu)和粒度分布如圖2、 3所示。從圖中可以看 到，采用上述方法可以制備獲得晶形一致、粒度小、粒經(jīng)分布窄的粉末。
實施例2
制備(Lao.85Sro.15) a95Mn03陰極粉末。原料組成為69.918g的硝酸鑭+6.031g的硝 酸鍶+71.567g的50%硝酸錳溶液，并將硝酸鹽溶液溶解于1000ml去離子水中。噴霧 干燥過程中，進口溫度設(shè)置為220 230°C，出口溫度〉15(TC時開始試噴，當(dāng)試噴穩(wěn)定 后，即出口溫度MOO。C穩(wěn)定后進行正式的噴霧干燥，調(diào)整料液進速為16.7ml/min，氣體 壓量為10~11.51/min，此時噴霧過程中出口溫度〉95。C 。
待噴霧干燥完畢后將粉末進行收集，隨后放入IOO(TC的箱式電阻爐中進行焙燒。焙 燒分為兩個階段第一階段控溫程序為從室溫加熱到700'C，保溫兩個小時后降到室溫， 升降溫速率均為10(TC/h;第二階段控溫程序為從室溫加熱到95(TC，保溫兩個小時后降 到室溫，升降溫速率也均為100°C/h，其中焙燒的第一階段后進行球磨24h左右，為了得到更加細小的陰極粉末，第二階段焙燒完畢后同樣也進行24h的球磨。在完成第二階 段的焙燒后，即可得到所需的(Lao.85Sr().15) ,Mn03陰極粉末。(Lao.85Sro.15) a95Mn03 陰極粉末的晶體結(jié)構(gòu)和粒度分布如圖2、 4所示。從圖中同樣可以看到，采用上述方法 可以制備獲得晶形一致、粒度小、粒經(jīng)分布窄的粉末。
權(quán)利要求
1、 一種固體氧化物燃料電池陰極粉末制備方法，其特征在于按照燃料電池中陰極 粉末金屬元素的配比要求準(zhǔn)備好硝酸鑭、硝酸錳、硝酸鍶溶液，溶液的溶劑采用乙醇或 /和水溶劑，將溶液混合均勻；通過噴霧干燥機將混合溶液進行噴霧干燥，制備獲得白色 的粉末或凝膠狀物質(zhì)；之后，將白色粉末或凝膠狀物質(zhì)置于箱式電阻爐中進行焙燒，得 到固體氧化物燃料電池的陰極粉末。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的噴霧干燥，當(dāng)溶劑有采用 乙醇的時候，噴霧過程中出口溫度為79 84。C，調(diào)整料液進速為10 13ml/min,氣體壓 量為7 81/min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的噴霧干燥，當(dāng)溶劑有采用 水溶劑的時候，噴霧過程中出口溫度〉95 'C，調(diào)整料液進速為15 18ral/min，氣體壓量 為10 11. 5 1/min。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于所述的焙燒分為兩個階段， 第一階段控溫程序為從室溫加熱到690 71(TC，保溫1.5 2.5小時后降到室溫，升降 溫速率均為90 ll(TC/h;第二階段控溫程序為從室溫加熱到940 95(TC，保溫1. 5 2.5小時后降到室溫，升降溫速率也均為90 11(TC/h，其中焙燒的第一階段后進行球磨 20 28h,第二階段焙燒完畢后同樣也進行20~28h的球磨。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的陰極粉末為(Lai-xSrx) yMn03 類型的氧化物，其中0〈x〈1, 0<y〈l。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的乙醇采用工業(yè)乙醇，水采 用去離子水。
全文摘要
一種固體氧化物燃料電池陰極粉末制備方法，其特征在于按照燃料電池中陰極粉末金屬元素的配比要求準(zhǔn)備好硝酸鑭、硝酸錳、硝酸鍶溶液，溶液的溶劑采用乙醇或/和水溶劑，將溶液混合均勻；通過噴霧干燥機將混合溶液進行噴霧干燥，制備獲得白色的粉末或凝膠狀物質(zhì)；之后，將白色粉末或凝膠狀物質(zhì)置于箱式電阻爐中進行焙燒，得到固體氧化物燃料電池的陰極粉末。制備過程在以工藝乙醇為溶劑時，大大降低了噴霧干燥的進口和出口溫度，可有效防止低分解溫度硝酸鹽的分解。當(dāng)制備過程中以去離子水為溶劑時，通過調(diào)整進料速率，不僅可以避免硝酸錳的分解，而且可進一步提高制備速率，降低成本。
文檔編號B22F9/08GK101310898SQ20071006890
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者官萬兵, 王蔚國 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所