CN102623716B - 一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法 - Google Patents
一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，它涉及中温固体氧化物燃料电池阴极的制备方法，它是要解决现有的LSCF/GDC复合粉体阴极极化电阻高的技术问题。制备：将硝酸盐配成前驱液，静电纺丝后烧结，得到纳米棒状粉体，将该粉体涂覆在电解质片上烧结，再渗透硝酸钆与硝酸铈混合液后，再烧结后即得；或者将LSCF纳米棒状粉体与Ce0.8Gd0.2O1.9纳米粉体混合后涂在电解质片烧结后即得。用于中温固体氧化物燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及中温固体氧化物燃料电池阴极的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池作为一种非常有发展潜力的新型能源，它具有能量转化率高、环境污染少、可利用的燃料广泛等优点，越来越受到人们的关注。在当今国际竞争日趋激烈的形势下，研究和开发新的能源显得尤为重要，固体氧化物燃料电池作为一种新型的能源，对其的研究具有十分重要的意义。
固体氧化物燃料电池由于操作温度高，可利用的材料较少，生产成本高，阻碍其商业化发展。降低固体氧化物燃料电池操作温度关键之一就是降低电极的极化损耗，许多研究表明阴极极化在总的极化损耗中占主导地位，因此降低阴极极化阻抗有利于固体氧化物燃料电池性能的提高。与传统的La1-xSrxMnO3-δ（0<x<1）阴极材料相比，钙钛矿结构的La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ（0<x<1，0<y<1）作为中温固体氧化物燃料电池的负极材料，它具有较高的离子和电子混合导电率、良好的催化活性，现在已经成为中温固体氧化物燃料电池负极材料研究的热点。
众所周知，氧化还原反应发生在三相界面，对于单一的LSCF阴极，三相界面仅限于电极与电解质的界面，降低了LSCF阴极对氧的电催化活性，通过向LSCF阴极中添加离子电导体，能够大幅度提高LSCF阴极的电催化活性，降低阴极的极化电阻，Q.Fu等人（J.PowerSources168(2007)338-345）用交流阻抗研究了La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ/Ce0.8Gd0.2O2-δ（LSCF/GDC）复合粉体制备的阴极的性能，650℃最小的极化电阻为0.52Ωcm2；J.Chen等人（J.Power Sources194(2009)275-280）制备了La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3-δ/Ce0.8Gd0.2O2-δ（LSCF/GDC）复合粉体制备的阴极，650℃的极化电阻为0.51Ωcm2，阴极的极化电阻高。
发明内容
本发明是要解决现有的LSCF/GDC复合粉体制备的阴极极化电阻高的技术问题，而提供一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法。
本发明的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是以Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)电解质片为基体，基体表面涂覆纳米棒状La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3(LSCF)粉体，而且La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3纳米棒上附着Ce0.8Gd0.2O1.9纳米颗粒。
上述的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：按硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶的摩尔比为4：4：1：1的比例，分别称取硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶并加入到N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌4h～6h，得到静电纺丝前驱液；其中静电纺丝前驱液中硝酸盐的质量百分含量为15%～25%、聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为8%～12%；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压18kv～20kv、收集距离为15cm～20cm、室内温度20℃～25℃、相对湿度20%～35%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min～5℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min～5℃/min的速度升温至900℃～950℃保持1～2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、一维纳米阴极制备：将步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体与乙基纤维素的松油醇溶液混合均匀，得到阴极浆料，再将阴极浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后在温度为900℃～1000℃的条件下烧结1～10min，得到LSCF一维纳米阴极；
五、复合阴极制备：按硝酸钆与硝酸铈的摩尔比为1：4，称取硝酸钆与硝酸铈并溶于乙醇与水的混合溶液中，混合均匀后，得到渗透液；再将渗透液滴加到步骤四制备的LSCF一维纳米阴极上，然后在温度为700℃～800℃的条件下烧结0.5h～1h，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。
本发明的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是用静电纺丝先制备出纳米纤维，纤维烧结后得到棒状结构的粉体，将粉体制备成浆料并涂覆在GDC电解质片上，烧结后得到LSCF一维纳米阴极，再在LSCF一维纳米阴极上渗透GDC的前驱液（即渗透液），高温处理后得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。该阴极上，一维棒状的LSCF与GDC纳米颗粒结合，将电极-电解质-气体的三相界面由一维平面向三维空间延伸，极大地降低阴极的极化电阻。本发明的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的极化电阻值低至0.1Ωcm2(650℃)，而且制备工艺简单，成本低。
本发明的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法还可以按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：按硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶的摩尔比为4：4：1：1的比例，分别称取硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶并加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌4～6h，得到静电纺丝前驱液；其中静电纺丝前驱液中硝酸盐的质量百分含量为15%～25%、聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为8%～12%；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压18～20kv、收集距离为15～20cm、室内温度20℃～25℃、相对湿度20%～35%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min～5℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min～5℃/min的速度升温至900℃～950℃保持1-2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、复合阴极制备：按质量百分比称取55%～65%步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体、35%～45%的Ce0.8Gd0.2O1.9纳米粉体并加入到乙基纤维素的松油醇溶液中，混合均匀，得到混合浆料，再将混合浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后在温度为900℃～1000℃的条件下烧结1-10min，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。
本发明的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是用静电纺丝先制备出纳米纤维，纤维烧结后得到棒状结构的粉体，将该棒状结构的粉体与Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC）纳米粉体混合后制备成浆料并涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC）电解质片上，烧结后得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。该阴极上，一维棒状的LSCF与GDC纳米结合，将电极-电解质-气体的三相界面由一维平面向三维空间延伸，极大地降低阴极的极化电阻。本发明的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的极化电阻值2.36Ωcm2(650℃)，而且制备工艺简单，成本低。
附图说明
图1试验一步骤三得到的LSCF纳米棒状粉体的X射线衍射谱图；
图2试验一步骤三得到的LSCF纳米棒状粉体的扫描电镜照片；
图3试验一中步骤四得到的LSCF一维纳米阴极的扫描电镜照片；
图4试验一中步骤五得到的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的扫描电镜照片；
图5试验一步骤四得到的LSCF一维纳米阴极的交流阻抗谱图；
图6试验一步骤五得到的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的交流阻抗谱图；
图7试验二得到的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的交流阻抗谱图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是以Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC）电解质片为基体，基体表面涂覆纳米棒状La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3粉体，而且La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3纳米棒上附着Ce0.8Gd0.2O1.9纳米颗粒。
本实施方式的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是用静电纺丝先制备出纳米纤维，纤维烧结后得到棒状结构的粉体，将该棒状结构的粉体与GDC纳米粉体混合后制备成浆料并涂覆在GDC电解质片上，烧结后得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。该阴极上，一维棒状的LSCF与GDC纳米结合，将电极-电解质-气体的三相界面由一维平面向三维空间延伸，极大地降低阴极的极化电阻。本实施方式的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备工艺简单，成本低。
具体实施方式二：本实施方式的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：按硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶的摩尔比为4：4：1：1的比例，分别称取硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶并加入到N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌4h～6h，得到静电纺丝前驱液；其中静电纺丝前驱液中硝酸盐的质量百分含量为15%～25%、聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为8%～12%；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压18kv～20kv、收集距离为15cm～20cm、室内温度20℃～25℃、相对湿度20%～35%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min～5℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min～5℃/min的速度升温至900℃～950℃保持1～2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、一维纳米阴极制备：将步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体与乙基纤维素的松油醇溶液混合均匀，得到阴极浆料，再将阴极浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后在温度为900℃～1000℃的条件下烧结1～10min，得到LSCF一维纳米阴极；
五、复合阴极制备：按硝酸钆与硝酸铈的摩尔比为1：4，称取硝酸钆与硝酸铈并溶于乙醇与水的混合溶液中，混合均匀后，得到渗透液；再将渗透液滴加到步骤四制备的LSCF一维纳米阴极上，然后在温度为700℃～800℃的条件下烧结0.5h～1h，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。
本实施方式的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是用静电纺丝先制备出纳米纤维，纤维烧结后得到棒状结构的粉体，将粉体制备成浆料并涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC）电解质片上，烧结后得到LSCF一维纳米阴极，再在LSCF一维纳米阴极上渗透Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC）的前驱液（即渗透液），高温处理后得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。该阴极上，一维棒状的LSCF与GDC纳米颗粒结合，将电极-电解质-气体的三相界面由一维平面向三维空间延伸，极大地降低阴极的极化电阻。本实施方式的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的极化电阻值低至0.1Ωcm2(650℃)，而且制备工艺简单，成本低。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤四中LSCF纳米棒状粉体与乙基纤维素的松油醇溶液的质量比为1：1。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤四中乙基纤维素在其松油醇溶液中的质量百分含量为3%～5%。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤四中步骤四中Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片的制作过程如下：称取4g Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体置于玛瑙研钵中，研磨10～30min，然后置于直径为25mm的模具中，单轴120MPa压制成电解质片，再将电解质片在1450℃烧结20小时，获得Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤五中乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的质量比为0.6：1。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤五中渗透液的体积与LSCF一维纳米阴极面积的比为0.204mL：1cm2。其它与具体实施方式二至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：按硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶的摩尔比为4：4：1：1的比例，分别称取硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶并加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌4～6h，得到静电纺丝前驱液；其中静电纺丝前驱液中硝酸盐的质量百分含量为15%～25%、聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为8%～12%；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压18～20kv、收集距离为15～20cm、室内温度20℃～25℃、相对湿度20%～35%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min～5℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min～5℃/min的速度升温至900℃～950℃保持1-2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、复合阴极制备：按质量百分比称取55%～65%步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体、35%～45%的Ce0.8Gd0.2O1.9纳米粉体并加入到乙基纤维素的松油醇溶液中，混合均匀，得到混合浆料，再将混合浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后在温度为900℃～1000℃的条件下烧结1-10min，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。
本实施方式的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极，是用静电纺丝先制备出纳米纤维，纤维烧结后得到棒状结构的粉体，将该棒状结构的粉体与GDC纳米粉体混合后制备成浆料并涂覆在GDC电解质片上，烧结后得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。该阴极上，一维棒状的LSCF与GDC（Ce0.8Gd0.2O1.9）纳米粉体结合，将电极-电解质-气体的三相界面由一维平面向三维空间延伸，极大地降低阴极的极化电阻。本实施方式的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的极化电阻值2.36Ωcm2(650℃)，而且制备工艺简单，成本低。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤四中LSCF纳米棒状粉体与Ce0.8Gd0.2O1.9纳米粉体的质量之和与乙基纤维素-松油醇溶液的质量的比为1：1，乙基纤维素在其松油醇溶液中的质量百分含量为3%。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九不同的是步骤四中Ce0.8Gd0.2O1.9纳米粉体制备过程如下：a、将4.35g Gd2O3溶于5.5mL浓HNO3中，溶解后用去离子水稀释至400mL，向其中加入41.67552g Ce(NO3)3，完全溶解后，溶液用浓氨水调节pH至5～6，然后向溶液中加入37.8252g柠檬酸，得到透明的溶胶；b、将溶胶置于恒温水浴锅中，在80℃下蒸发掉水分，得到凝胶；c、再将凝胶转移到真空干燥箱中，在真空度为0.090MPa、温度为120℃的条件下干燥12小时，得到干凝胶；d、再用玛瑙研钵将干凝胶研磨后，置于高温电炉中，在250℃的温度下保持1小时，再升温至600℃烧结2小时，得到Ce0.8Gd0.2O1.9纳米粉体。其它与具体实施方式八或九相同。
用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验一的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：分别称取3.59277g硝酸镧、3.35207g硝酸铁、0.60368g硝酸钴、0.43898g硝酸锶溶于30mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入3.0g聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌6h，得到静电纺丝前驱液；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压20kV、收集距离为20cm、室内温度20℃、相对湿度30%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min的速度升温至900℃保持2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、一维纳米阴极制备：称取0.51072g步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体，并加入到0.51023g乙基纤维素的松油醇溶液中，混合均匀，得到阴极浆料，再将阴极浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后以15℃/min的升温速度升至温度为940℃烧结1min，得到面积为0.7854cm2的LSCF一维纳米阴极；其中乙基纤维素的松油醇溶液中乙基纤维素的质量分数为3%；
Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片，制作过程如下：称取4g Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体置于玛瑙研钵中，研磨10min，然后置于直径为25mm的模具中，单轴120MPa压制成电解质片，再将电解质片在1450℃烧结20小时，获得Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片；
其中Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体制备过程如下：a、将4.35g Gd2O3溶于5.5mL浓HNO3中，溶解后用去离子水稀释至400mL，向其中加入41.67552g Ce(NO3)3，完全溶解后，溶液用浓氨水调节pH至5～6，然后向溶液中加入37.8252g柠檬酸，得到透明的溶胶；b、将溶胶置于恒温水浴锅中，在80℃下蒸发掉水分，溶胶转变成凝胶；c、再将凝胶转移到真空干燥箱中，在120℃下干燥12小时，形成褐色的干凝胶；d、再用玛瑙研钵将干凝胶研磨细，置于高温电炉中，在250℃保持1小时，再升温至600℃烧结2小时，得到Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体。
五、复合阴极制备：称取0.15794g硝酸钆、0.60777g硝酸铈，溶于7mL的乙醇-水混合溶剂中，用磁力搅拌器搅拌使其完全溶解，得到渗透液；用微量进样器吸取40uL渗透液，并滴加到步骤四制备的LSCF一维纳米阴极中，然后在温度为700℃的条件下烧结30min，再重复吸取渗透液、滴加、烧结的操作，滴加4次后，在800℃烧结1h，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。
试验一步骤三得到的LSCF纳米棒状粉体的XRD图如图1所示，从图1可以看出，所有的衍射峰与LSCF钙钛矿相一一对应，未见杂质峰出现，即获得了LSCF纳米棒。
试验一步骤三得到的LSCF纳米棒状粉体的扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，LSCF纳米棒的直径200nm左右，且纳米棒分布较均匀。
试验一中步骤四得到的LSCF一维纳米阴极的扫描电镜照片如图3所示，从图3可以看出，LSCF阴极保持一维纳米棒的结构且具有较高的孔隙率，其中LSCF纳米棒在阴极中分布比较均匀。
试验一中步骤五得到的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的扫描电镜照片如图4所示，从图4可以看出，渗透过的LSCF阴极保持一维纳米棒的结构且具有较高的孔隙率，在LSCF纳米棒的表面有许多Ce0.8Gd0.2O1.9小颗粒生成。
用Pt作为对电极和参比电极，以Pt网作为集流体，Pt丝作为导线，将阴极样品置于管式炉中，借助CHI604D化学工作站，用交流阻抗对阴极的电化学性能进行测试。图5是试验一步骤四得到的LSCF一维纳米阴极的交流阻抗谱图，图6是试验一步骤五得到的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的交流阻抗谱图；从图5可以看出，LSCF阴极的阻抗谱是由较大的弧组成，极化电阻为14.12Ωcm2；从图6可以看出LSCF-GDC阻抗谱是由一个缩小的弧组成，极化电阻为0.10Ωcm2。
试验二：本试验二的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：分别称取3.59277g硝酸镧、3.35207g硝酸铁、0.60368g硝酸钴、0.43898g硝酸锶并溶于30mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入3.0g聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌6h，得到静电纺丝前驱液；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压20kV、收集距离为20cm、室内温度20℃、相对湿度30%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min的速度升温至900℃保持2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、复合阴极制备：称取0.18056g步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体、0.12038g的GDC纳米粉体并加入0.30054g的乙基纤维素的松油醇溶液中，磁力搅拌12h，得到混合浆料，再将混合浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后以15℃/min速度升温至940℃的并烧结1min，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极；其中乙基纤维素的松油醇溶液中乙基纤维素的质量百分浓度为3%。
Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体制备过程如下：a、将4.35g Gd2O3溶于5.5mL浓HNO3中，溶解后用去离子水稀释至400mL，向其中加入41.67552g Ce(NO3)3，完全溶解后，溶液用浓氨水调节pH至5～6，然后向溶液中加入37.8252g柠檬酸，得到透明的溶胶；b、将溶胶置于恒温水浴锅中，在80℃下蒸发掉水分，溶胶转变成凝胶；c、再将凝胶转移到真空干燥箱中，在120℃下干燥12小时，形成褐色的干凝胶；d、再用玛瑙研钵将干凝胶研磨细，置于高温电炉中，在250℃保持1小时，再升温至600℃烧结2小时，得到Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体。其中步骤a中浓HNO3的质量百分浓度为63%,浓氨水的质量百分浓度为25%。
Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片，制作过程如下：称取4g Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体置于玛瑙研钵中，研磨10min，然后置于直径为25mm的模具中，单轴120MPa压制成电解质片，再将电解质片在1450℃烧结20小时，获得Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片；
用Pt作为对电极和参比电极，以Pt网作为集流体，Pt丝作为导线，将阴极样品置于管式炉中，借助CHI604D化学工作站，用交流阻抗法对阴极的电化学性能进行测试。图7是试验二步骤四得到的中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的交流阻抗谱图；从图7可以看出，LSCF-GDC复合阴极的阻抗谱由两个弧组成，极化电阻为2.36Ωcm2。
本发明的研究为国家自然基金“固体氧化物燃料电池性能衰减机制与控制的研究”（51072040）和国家重点基础研究发展计划（973计划）“碳基燃料固体氧化物燃料电池体系基础研究”（2012CB215400）。
Claims (6)
1.一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，其特征在于中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法按以下步骤进行：
一、静电纺丝前驱液制备：按硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶的摩尔比为4：4：1：1的比例，分别称取硝酸镧、硝酸铁、硝酸钴和硝酸锶并加入到N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至硝酸盐完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮，再在室温下搅拌4h～6h，得到静电纺丝前驱液；其中静电纺丝前驱液中硝酸盐的质量百分含量为15%～25%、聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为8%～12%；
二、静电纺丝制备纳米纤维：将步骤一得到的静电纺丝前驱液加入到注射器中，采用磨平的不锈钢注射针头作为纺丝喷头，在静电纺丝电压18kv～20kv、收集距离为15cm～20cm、室内温度20℃～25℃、相对湿度20%～35%的条件下进行静电纺丝，得到纳米纤维；
三、LSCF纳米棒状粉体制备：将步骤二得到的纳米纤维置于高温电炉中，以2℃/min～5℃/min的速度升温至300℃保持2h，再以2℃/min～5℃/min的速度升温至900℃～950℃保持1～2小时，再自然冷却至室温，得到LSCF纳米棒状粉体；
四、一维纳米阴极制备：将步骤三制备的LSCF纳米棒状粉体与乙基纤维素的松油醇溶液混合均匀，得到阴极浆料，再将阴极浆料涂覆在Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片上，然后在温度为900℃～1000℃的条件下烧结1～10min，得到LSCF一维纳米阴极；
五、复合阴极制备：按硝酸钆与硝酸铈的摩尔比为1：4，称取硝酸钆与硝酸铈并溶于乙醇与水的混合溶液中，混合均匀后，得到渗透液；再将渗透液滴加到步骤四制备的LSCF一维纳米阴极上，然后在温度为700℃～800℃的条件下烧结0.5h～1h，得到中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极。
2.根据权利要求1所述的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，其特征在于步骤四中LSCF纳米棒状粉体与乙基纤维素的松油醇溶液的质量比为1：1。
3.根据权利要求1或2所述的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，其特征在于步骤四中乙基纤维素在其松油醇溶液中的质量百分含量为3%～5%。
4.根据权利要求1或2所述的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，其特征在于步骤四中Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片的制作过程如下：称取4g Ce0.8Gd0.2O1.9电解质纳米粉体置于玛瑙研钵中，研磨10～30min，然后置于直径为25mm的模具中，单轴120MPa压制成电解质片，再将电解质片在1450℃烧结20小时，获得Ce0.8Gd0.2O1.9电解质片。
5.根据权利要求1或2所述的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，其特征在于步骤五中乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的质量比为0.6：1。
6.根据权利要求1或2所述的一种中温固体氧化物燃料电池一维纳米复合阴极的制备方法，其特征在于步骤五中渗透液的体积与LSCF一维纳米阴极面积的比为0.204mL：1cm2。
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