專利名稱：一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池陰極的制備方法。
技術(shù)背景固體氧化物燃料電池(SOFC)技術(shù)的發(fā)展，使SOFC有希望成為未來集 中或分散發(fā)電的新技術(shù)，在新增能源的市場(chǎng)中具有強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電池工 作溫度的降低，電極的催化活性會(huì)受到很大的影響，為了實(shí)現(xiàn)SOFC的中溫化， 提高電極尤其是陰極的性能成為解決問題的關(guān)鍵。目前，有采用液相共沉淀方法制備了全納米結(jié)構(gòu)的LSM-YSZ (氧化釔穩(wěn) 定氧化鋯)復(fù)合陰極，但由于SOFC較高的工作溫度和納米顆粒高的燒結(jié)活性， 容易導(dǎo)致陰極結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，致使全納米結(jié)構(gòu)陰極在電池高溫工作條件下穩(wěn)定 性差，長(zhǎng)期使用過程中電池性能下降，而且由于電極的微觀結(jié)構(gòu)難于控制，導(dǎo) 致研究陰極反應(yīng)機(jī)理困難。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)制備的固體氧化物燃料電池陰極在高溫 工作條件下穩(wěn)定性差和電極的微觀結(jié)構(gòu)難于控制的問題，而提供一種固體氧化 物燃料電池陰極的制備方法。固體氧化物燃料電池陰極的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、制備沉積在陽(yáng) 極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板:將固含量為1 5wt。/。的單分散聚 苯乙烯顆粒乳液超聲分散后，放入底部有一個(gè)陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的離心管中，離心18 22h后除上層清夜，然后放入40 6(TC的條件下干燥至水分完全揮 發(fā)，形成沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板；二、將硝酸釔 溶液加入到氯氧化鋯溶液中，使混合溶液中釔離子與鋯離子的摩爾比為8: 92;三、將混合溶液和草酸溶液按物質(zhì)的量比l : l混合，然后放入50 80。C 的水浴中，攪拌至形成溶膠，再將溶膠灌注到沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚 苯乙烯膠體晶體模板的孔隙中，經(jīng)凝膠化后，放入650 卯(TC的條件下燒結(jié) 1 3h，得帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體；四、依照化學(xué)式Lai.xSrxM03，按化學(xué)計(jì)量比配制La(N03)3、 Sr(N03)jn M(N03)2的混合溶液， 將帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體浸漬在混合溶液中，然后放 入40 6(TC的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，再置于800 120(TC的條件下煅燒 1 3h，即得固體氧化物燃料電池陰極；其中步驟三中草酸溶液的濃度為 0.3mol/L;步驟四化學(xué)式LaLxSrxM03中，M為Mn、 Fe或Co, 0<x^0.5。本發(fā)明中所得固體氧化物燃料電池陰極結(jié)構(gòu)是將納米顆粒與穩(wěn)定的微米 基體相結(jié)合，所以在高溫工作條件下電池陰極穩(wěn)定性好；因?yàn)樗脦в嘘?yáng)極支 撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯基體，具有三維有序多孔的結(jié)構(gòu)，所以使終 產(chǎn)物固體氧化物燃料電池陰極具有孔隙分布均勻、納米結(jié)構(gòu)三維有序、微觀結(jié) 構(gòu)可控等優(yōu)點(diǎn)，為SOFC陰極氧還原反應(yīng)機(jī)理的研究提供了有利的條件。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式固體氧化物燃料電池陰極的制備方法按以下 步驟實(shí)現(xiàn) 一、制備沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板將 固含量為1 5wt。/。的單分散聚苯乙烯顆粒乳液超聲分散后，放入底部有一個(gè)陽(yáng) 極支撐電解質(zhì)片的離心管中，離心18 22h后除上層清夜，然后放入40 60x:的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，形成沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板；二、將硝酸釔溶液加入到氯氧化鋯溶液中，使混合溶液中釔離 子與鋯離子的摩爾比為8 : 92;三、將混合溶液和草酸溶液按物質(zhì)的量比1 : 1 混合，然后放入50 8(TC的水浴中，攪拌至形成溶膠，再將溶膠灌注到沉積 在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板的孔隙中，經(jīng)凝膠化后，放入 650 90(TC的條件下燒結(jié)1 3h，得帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化 鋯基體；四、依照化學(xué)式La^SigVI03，按化學(xué)計(jì)量比配制La(N03)3、 Sr(N03)2 和M(N03)2的混合溶液，將帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體浸 漬在混合溶液中，然后放入40 6(TC的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，再置于 800 120(TC的條件下煅燒1 3h，即得固體氧化物燃料電池陰極；其中步驟 三中草酸溶液的濃度為0.3mol/L;步驟四化學(xué)式La^SrxM03中，M為Mn、 Fe或Co， 0<x^0.5。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中將固含 量為3wtM的單分散聚苯乙烯顆粒乳液超聲分散。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中離心20h后除上層清夜，然后放入5(TC的條件下干燥至水分完全揮發(fā)。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟三中放入6(TC的水浴中，攪拌至形成溶膠，再將溶膠灌注到沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上 的聚苯乙烯膠體晶體模板的孔隙中，經(jīng)凝膠化后，放入600。C的條件下燒結(jié)2h。 其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式中溶膠灌注采用的是浸漬提拉法，即在毛細(xì)管力和重力的作用 下使溶膠灌注到沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板的孔隙 中。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟四中將帶有 陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體浸漬在混合溶液中，然后放入50 匸的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，再置于90(TC的條件下煅燒2h。其它步驟及 參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式中重復(fù)進(jìn)行浸漬、干燥和煅燒即能達(dá)到所需要的固體氧化物燃 料電池陰極的載量。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟四中所得混合溶液中溶質(zhì)的總濃度為3mol/L。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1、一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其特征在于固體氧化物燃料電池陰極的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、制備沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板將固含量為1～5wt％的單分散聚苯乙烯顆粒乳液超聲分散后，放入底部有一個(gè)陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的離心管中，離心18～22h后除上層清夜，然后放入40～60℃的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，形成沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板；二、將硝酸釔溶液加入到氯氧化鋯溶液中，使混合溶液中釔離子與鋯離子的摩爾比為8∶92；三、將混合溶液和草酸溶液按物質(zhì)的量比1∶1混合，然后放入50～80℃的水浴中，攪拌至形成溶膠，再將溶膠灌注到沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板的孔隙中，經(jīng)凝膠化后，放入650～900℃的條件下燒結(jié)1～3h，得帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體；四、依照化學(xué)式La1-xSrxMO3，按化學(xué)計(jì)量比配制La(NO3)3、Sr(NO3)2和M(NO3)2的混合溶液，將帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體浸漬在混合溶液中，然后放入40～60℃的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，再置于800～1200℃的條件下煅燒1～3h，即得固體氧化物燃料電池陰極；其中步驟三中草酸溶液的濃度為0.3mol/L；步驟四化學(xué)式La1-xSrxMO3中，M為Mn、Fe或Co，0＜x≤0.5。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其特征在于步驟一中將固含量為3wtn/。的單分散聚苯乙烯顆粒乳液超聲分散。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其 特征在于步驟一中離心20h后除上層清夜，然后放入5(TC的條件下干燥至水 分完全揮發(fā)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其 特征在于步驟三中放入6(TC的水浴中，攪拌至形成溶膠，再將溶膠灌注到沉 積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板的孔隙中，經(jīng)凝膠化后，放 入65(TC的條件下燒結(jié)2h。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其 特征在于步驟四中將帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體浸漬在混合溶液中，然后放入50'C的條件下干燥至水分完全揮發(fā)，再置于90(TC的條 件下煅燒2h。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其 特征在于步驟四中所得混合溶液中溶質(zhì)的總濃度為3mol/L。
全文摘要
一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，它涉及一種燃料電池陰極的制備方法。它解決了現(xiàn)有技術(shù)制備的固體氧化物燃料電池陰極在高溫工作條件下穩(wěn)定性差和電極的微觀結(jié)構(gòu)難于控制的問題。方法一、制備沉積在陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片上的聚苯乙烯膠體晶體模板；二、配制硝酸釔溶液和氯氧化鋯的混合溶液；三、制備帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體；四、將帶有陽(yáng)極支撐電解質(zhì)片的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯基體浸漬在由La(NO₃)₃、Sr(NO₃)₂和M(NO₃)₂組成的混合溶液中，干燥后煅燒，得固體氧化物燃料電池陰極。本發(fā)明的固體氧化物燃料電池陰極在高溫工作條件下穩(wěn)定性好，電極的微觀結(jié)構(gòu)可控制。
文檔編號(hào)H01M4/88GK101308929SQ200810064630
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者孫克寧, 張乃慶, 偉 李, 娟 李, 偉 石 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)