CN101257120A - 一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法 - Google Patents
一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101257120A CN101257120A CNA2008100234047A CN200810023404A CN101257120A CN 101257120 A CN101257120 A CN 101257120A CN A2008100234047 A CNA2008100234047 A CN A2008100234047A CN 200810023404 A CN200810023404 A CN 200810023404A CN 101257120 A CN101257120 A CN 101257120A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cathode material
- biphase
- battery cathode
- synthetic method
- fuel battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明涉及一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于包括以下步骤：(1)按合成阴极材料所需配比，配制可溶性盐溶液，(2)配置以乙二胺四乙酸、柠檬酸为主要原料的络合剂溶液；(3)将步骤1、2得到的溶液进行混合，加入适量的乙二醇，在恒温下加热搅拌即可得到溶胶；(4)把所得溶胶在干燥箱中干燥得到凝胶；(5)对凝胶进行处理，改变颗粒比表面大小，在一定温度下反应合成双相纳米电池阴极材料。本发明具有以下优点：合成方法较为简单，反应温度较固相法较低，并且纳米颗粒区别两相简单机械混融，在微观界面上具有较好均匀性，有利于阴极材料性能改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池阴极材料的合成方法，尤其是涉及到一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法。
背景技术
随着能源短缺的日益加深，尤其是近年来，电子工业、医学行业、数码产品等的迅速发展，固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称SOFC)凭借其廉洁高效的发电方式和较高的能量转化率以及环境友好(二氧化硫等有害气体排放低、无噪音污染)等优点被广泛的应用到各个领域，它也是21世纪被公认的高效绿色发电装置。
固体氧化物燃料电池具有众多的优点而被广泛的应用，但是制作SOFC电极的成本较高，这也逐渐成为制约其发展的一个原因，为了降低固体氧化物燃料电池的成本，研究重点转向如何降低其运行温度。由于电池在较高温度(1000℃)运行时存在严重问题，例如制造成本增加，选择材料范围限制、电池组成部分退化等，其操作温度的中温化(600-800℃)逐渐成为该领域发展的趋势，也是其产业发展的方向，因为中温化对固体氧化物燃料电池材料的要求低，可以使用更为廉价的金属或不锈钢作为连接极材料，同时有利于提高固体氧化物燃料电池长期的稳定性。但是操作温度的降低给阴极材料提出了更高的要求，目前最常用的是锰酸镧锶(La1-xSrxMnO3即LSM)难以满足中低温运行的要求，传统阴极材料(LSM)在1273k可以充分发挥其性能达到电池要求，但是，在较低温度时，由于其氧离子电导率欠佳，因此电极电阻阻抗较大。目前改善阴极混合电导率可采用两种办法：(1)选取离子电导率较高材料与电子电导率材料进行混合，制成双相阴极材料；(2)以掺杂具有高离子电子混合电导率的钙钛矿材料取代现有阴极材料。其中对(La，Sr)(Co，Fe)O3的研究已成为目前最流行的阴极材料研究课题，以Sr与Fe对LaCoO3的A位和B位进行取代，得到的钙钛矿型材料具有较大的表面氧交换系数和体积扩散系数，可以满足中温下电池系统要求。La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3是该系列阴极材料中比较优越组合。但是，当电池系统电解质为氧化钇稳定氧化锆(YSZ)时，阴极材料与电解质之间存在热膨胀系数不接近与化学不相容的等系列问题。La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3系材料，热膨胀系数(TEC)随锶含量增加不断增大，电子电导率则随锶含量增加先增大后降低。众所周知，电极反应机理包括阴极表面氧离子交换，正常阴极厚度为100微米，电极反应速率决定步骤为表面交换过程，同时发现，钙钛矿中氧非计量数随锶含量增加而增大，利于表面交换过程进行。采用本专利技术可以合成一种双相该系材料，使满足较高混合电导率同时，具有较低的热膨胀系数，从而改善中温下SOFC运行性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种双相纳米燃料电池阴极材料La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3的合成方法，以克服作为燃料电池阴极材料在较高混合离子电子电导率下热膨胀系数较大问题，从而改善电池性能。
为了保证该材料是由纳米晶粒组成，本研究采用了溶胶-凝胶法，这种双相纳米阴极材料是通过物理方法改变凝胶前驱体颗粒的比表面大小经热处理而形成的，其具体的技术方案如下：
一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、按合成阴极材料所需配比，配制可溶性盐溶液，即把硝酸镧、醋酸镧，硝酸锶、醋酸锶、硝酸铁、醋酸铁、硝酸钴、醋酸钴按照La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3配比配成溶液；
(2)、配置以乙二胺四乙酸、柠檬酸为主要原料的络合剂溶液；
(3)、将步骤1、2中的溶液混合，加入适量的乙二醇，在恒温下加热搅拌即可得到溶胶；
(4)、把所得溶胶在干燥箱中干燥得到凝胶；
(5)、对凝胶进行处理，改变颗粒比表面大小，在一定温度下反应合成双相纳米电池阴极材料。
在本发明中：所述混合溶液的PH为8-12。
在本发明中：所述加热搅拌时温度为50℃-100℃。
在本发明中：所述干燥箱中温度为150℃-250℃。
在本发明中：对凝胶进行处理时采用人工研磨或者机械球磨。
在本发明中：对凝胶进行处理的温度为700-1000℃，加热时间为1-10小时。
相比较于目前电池阴极材料的制作方法，本发明具有以下优点：
1、由于La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3双相阴极材料中含锶量高的相具有高的非化学计量氧，从而增大离子电导率，而含锶量低的相具有较低得热膨胀系数，并且在相同温度下，La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3电子电导率随Sr含量增加先增大后降低，双相共存时可以相互弥补之间缺点，从而改善阴极材料在燃料电池中性能。
2、通过该方法合成燃料电池的阴极材料，合成方法较为简单，反应温度较固相法较低，并且纳米颗粒区别两相简单机械混融，在微观界面上具有较好均匀性，有利于阴极材料性能改善。
附图说明
图1显示了同温度下La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3电子电导率与Sr含量的关系。
图2显示了在温度为800℃、双相共存时，电子电导率的变化。
图3显示了在900℃下加热2小时得到该纳米材料的XRD图谱。
具体实施方式
按合成阴极材料所需配比，配制可溶性盐溶液，即把硝酸镧、醋酸镧，硝酸锶、醋酸锶、硝酸铁、醋酸铁、硝酸钴、醋酸钴按照La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3配比配成溶液，同时配置以乙二胺四乙酸、柠檬酸为主要原料的络合剂溶液(其中n络合剂：mM＝1.0-1.5，nM为所有金属离子物质的量，n络合剂为形成溶胶凝胶所添加络合剂物质的量)。把这两种溶液进行混合，混合溶液的PH为8-12，向混合液中加入适量的乙二醇，在恒温下加热搅拌，所需的恒温控制在50℃-100℃之间，搅拌后即可得到溶胶，然后把所得溶胶置于干燥箱内进行干燥，干燥箱中的温度控制在150℃-250℃之间，干燥后即可得到凝胶，对得到的凝胶进行直接或者预处理，即进行人工研磨或者机械球磨，对凝胶进行处理时温度为700-1000℃，加热时间为1-10小时，通过处理改变颗粒比表面大小，使其具有形成双相所需的比表面能，在一定温度下反应合成双相纳米电池阴极材料。
为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对本发明无任何限制。
实施例一
将硝酸镧、硝酸锶、硝酸铁、硝酸钴等按照La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3化学计量比配成溶液，同时将定量EDTA按合成要求溶入氨水溶液当中，形成澄清溶液，并加入适量乙二醇，将以上配好所有溶液混合并以恒温磁力搅拌器在70℃加热搅拌，保持溶液pH＝9，直至形成溶胶，将溶胶在干燥箱170℃下干燥8小时，得到干凝胶，对于凝胶进行手工研磨，使前驱体颗粒具有一定比表面大小，在电阻炉中900℃下加热2小时得到该纳米材料，即得到如图3所示的XRD图谱。
实施例二
将硝酸镧、硝酸锶、硝酸铁、硝酸钴等按照La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3化学计量比配成溶液与以柠檬酸为络合剂的溶液相互混合，柠檬酸与所有金属离子物质的量比为1.1，加入适量乙二醇，以恒温磁力搅拌器在80℃加热搅拌，保持溶液pH＝9，直至形成溶胶，将溶胶在干燥箱170℃下干燥8小时，得到干凝胶，对干凝胶进行机械球磨，使颗粒具有一定比表面大小，在电阻炉中900℃加热2小时，得到该纳米材料。
Claims (6)
1、一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、按合成阴极材料所需配比，配制可溶性盐溶液，即把硝酸镧、醋酸镧，硝酸锶、醋酸锶、硝酸铁、醋酸铁、硝酸钴、醋酸钴按照La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3配比配成溶液；
(2)、配置以乙二胺四乙酸、柠檬酸为主要原料的络合剂溶液；
(3)、将步骤1、2得到的溶液进行混合，加入适量的乙二醇，在恒温下加热搅拌即可得到溶胶；
(4)、把所得溶胶在干燥箱中干燥得到凝胶；
(5)、对凝胶进行处理，改变颗粒比表面大小，在一定温度下反应合成双相纳米电池阴极材料。
2、根据权利要求1所述的一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于所述混合溶液的PH为8-12。
3、根据权利要求1所述的一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于所述加热搅拌时温度为50℃-100℃。
4、根据权利要求1所述的一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于所述干燥箱中的温度是150℃-250℃。
5、根据权利要求1或3所述的一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于对凝胶进行处理时采用人工研磨或者机械球磨。
6、根据权利要求1或2或3或4所述的一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法，其特征在于对凝胶进行处理的温度为700-1000℃，加热时间为1-10小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008100234047A CN101257120A (zh) | 2008-04-11 | 2008-04-11 | 一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008100234047A CN101257120A (zh) | 2008-04-11 | 2008-04-11 | 一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101257120A true CN101257120A (zh) | 2008-09-03 |
Family
ID=39891700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2008100234047A Pending CN101257120A (zh) | 2008-04-11 | 2008-04-11 | 一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101257120A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150001442A1 (en) * | 2012-02-27 | 2015-01-01 | Korea Institute Of Industrial Technology | Method for synthesizing air electrode powder for mid- and low- temperature solid oxide fuel cell according to sol-gel process |
| CN111640953A (zh) * | 2020-06-14 | 2020-09-08 | 吉林师范大学 | 一种铝-空气电池的空气电极催化剂及其制备方法 |
| CN112687886A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 上海应用技术大学 | 一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极及其制备方法 |
| CN114044540A (zh) * | 2021-09-07 | 2022-02-15 | 南京航空航天大学 | 一种a位、b位共掺杂的钙钛矿型电磁吸波材料及其制法 |
| CN115180946A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-10-14 | 江苏大学 | 一种耐受超快升降温的多功能陶瓷材料及其制备方法和应用 |
-
2008
- 2008-04-11 CN CNA2008100234047A patent/CN101257120A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150001442A1 (en) * | 2012-02-27 | 2015-01-01 | Korea Institute Of Industrial Technology | Method for synthesizing air electrode powder for mid- and low- temperature solid oxide fuel cell according to sol-gel process |
| CN111640953A (zh) * | 2020-06-14 | 2020-09-08 | 吉林师范大学 | 一种铝-空气电池的空气电极催化剂及其制备方法 |
| CN112687886A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 上海应用技术大学 | 一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极及其制备方法 |
| CN112687886B (zh) * | 2020-12-22 | 2022-07-05 | 上海应用技术大学 | 一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极及其制备方法 |
| CN114044540A (zh) * | 2021-09-07 | 2022-02-15 | 南京航空航天大学 | 一种a位、b位共掺杂的钙钛矿型电磁吸波材料及其制法 |
| CN115180946A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-10-14 | 江苏大学 | 一种耐受超快升降温的多功能陶瓷材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5306726B2 (ja) | 燃料電池用電極−電解質複合体粉末及びその調製方法 | |
| CN104916850B (zh) | 固体氧化物燃料电池阴极用材料及具其复合阴极材料及其制备方法和电池复合阴极制备方法 | |
| CN101847725B (zh) | 一种a缺位型钙钛矿结构固体氧化物燃料电池阴极材料 | |
| CN113381027B (zh) | 一种负膨胀材料复合的钴基钙钛矿材料、制备方法以及固体氧化物燃料电池 | |
| EP1796191B1 (en) | An improved process for the manufacture of strontium doped lanthanum manganite (LSM) ceramic powder suitable for solid oxide fuel cell (SOFC) applications | |
| CN105870459B (zh) | 一种高催化活性中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法 | |
| CN100583516C (zh) | 一种a、b位共掺杂钛酸锶固体氧化物燃料电池阳极材料 | |
| CN102617139A (zh) | 一种钛酸锶镧基粉体材料的制备方法 | |
| CN112186201B (zh) | 金属氧化物阴极材料、复合阴极材料及电池 | |
| CN101257120A (zh) | 一种双相纳米燃料电池阴极材料的合成方法 | |
| CN103199269B (zh) | 中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极的制备方法 | |
| CN112290034B (zh) | 固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法 | |
| JP5969632B2 (ja) | ゾルゲル法による中低温型の固体酸化物燃料電池用の空気極粉末の合成方法 | |
| Yousaf et al. | Tuning ORR electrocatalytic functionalities in CGFO-GDC composite cathode for low-temperature solid oxide fuel cells | |
| CN100502117C (zh) | 一种用于固体氧化物燃料电池的b位缺位钙钛矿阳极材料 | |
| CN101299460A (zh) | 一种用于固体氧化物燃料电池的a位缺位的阳极材料 | |
| CN101306842B (zh) | 一种固体氧化物燃料电池陶瓷阴极纳米粉体的制备方法 | |
| KR20120123639A (ko) | 연료전지용 양극 소재, 이를 포함하는 연료전지용 양극 및 고체산화물 연료전지 | |
| CN100355662C (zh) | 使用湿法对含钴、镍和锰的氢氧化物的低温锂化 | |
| CN101572313A (zh) | 中低温固体氧化物燃料电池阴极材料及其复合阴极材料 | |
| KR100955514B1 (ko) | 입방정 이터비아 안정화 지르코니아 및 이를 이용한 고체산화물연료전지 | |
| Yu et al. | Surface modulated B-site doping of PrBa0. 5Sr0. 5Co2-xFexO5+ δ as highly efficient cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| CN112310419A (zh) | 无锶无钴的钙钛矿型复合氧化物及其制备方法和电池 | |
| JP4192733B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| CN110931809A (zh) | 掺杂的中低温sofc阴极材料及其制备方法、应用和sofc阴极材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080903 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Jiangsu CEL Battery Co., Ltd. Assignor: Guo Daochuan Contract record no.: 2010320000163 Denomination of invention: Process for synthesizing biphase nanometer fuel battery cathode material License type: Exclusive License Open date: 20080903 Record date: 20100304 |