CN116072892B - 表面重构改进含Ba复合氧电极的方法 - Google Patents
表面重构改进含Ba复合氧电极的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116072892B CN116072892B CN202310060820.9A CN202310060820A CN116072892B CN 116072892 B CN116072892 B CN 116072892B CN 202310060820 A CN202310060820 A CN 202310060820A CN 116072892 B CN116072892 B CN 116072892B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxygen electrode
- electrode
- pbcc
- composite oxygen
- containing composite
- 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.)
- Active
Links
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 64
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical class O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 7
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 7
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 4
- 229960004543 anhydrous citric acid Drugs 0.000 claims description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002505 Co0.8Fe0.2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 6
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- PXRKCOCTEMYUEG-UHFFFAOYSA-N 5-aminoisoindole-1,3-dione Chemical compound NC1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1 PXRKCOCTEMYUEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 3
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002828 Pr(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 description 3
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N barium nitrate Inorganic materials [Ba+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 229910002741 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002742 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002826 PrBa Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8828—Coating with slurry or ink
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/042—Electrodes formed of a single material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种表面重构改进含Ba复合氧电极的方法，其通过酸性溶液和饱和水蒸气压诱导含Ba氧电极进行表面重构，从而提升固体氧化物电池氧电极电化学性能和稳定性，具体如下：将有机酸和粘结剂溶解于去离子水中得到一定浓度的改性溶液，将适量该溶液滴加到含Ba氧电极上，并在一定温度和饱和水蒸气压下静置，随后组装电池，升温至测试温度即可得到表面重构的含Ba复合氧电极。该复合氧电极由多相纳米颗粒包覆母体电极颗粒构成。本发明工艺简单、稳定，通过表面重构的方法不仅在氧电极表面形成均匀分布的活性纳米颗粒，还改变了电极表面的化学态，增加了电极表面反应位点，从而表现出良好的电化学性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于固体氧化物电池氧电极催化材料制备技术领域，具体涉及表面重构改进含Ba复合氧电极的方法。
背景技术
固体氧化物电池(SOC)是一种全固态结构的能源转换和存储装置，具有化学能-电能转换效率高、清洁、燃料适应性强等优点。SOC可分为固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)。SOFC可将化学能直接转换电能，避免了传统化石能源燃烧发电受到卡诺循环的限制和效率低的问题。SOEC则可利用可再生的电力电解CO2或H2O等制备H2、CO等高价值化学品，实现能量的存储和温室气体CO2的利用，缓解日益严重的能源危机和环境问题。
氧电极作为SOC关键部件，其电化学属性直接决定了电池的性能和稳定性。目前，高活性和高稳定性的纳米结构含Ba氧电极材料如Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)、LnBaCo2O5+δ(LnBC，Ln＝稀土元素)的开发是一个重要的研究方向。在合成该类电极材料时，通常需要经过高温煅烧才能得到高结晶度的单相材料。同时该类电极的制备也需经过高温烧结以形成电极/电解质界面。因而，较高的烧结温度使得通过溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、模板法等方法制备的纳米材料的纳米结构难以保留。此外，在高温煅烧或烧结过程中，体相中的Ba易迁移到颗粒表面。在电池运行条件下，表面聚集的Ba易与空气中的CO2和SO2以及由Fe-Cr连接体产生的Cr2O3等反应生成有害相，破坏电极结构，使电池性能急剧衰减。而通过硝酸盐溶液浸渍法和电极原位出溶制备纳米结构复合氧电极，前者需要多次浸渍-煅烧，后者则需特定的材料在特定的环境中才能实现，增加时间和经济成本的同时并未缓解Ba表面聚集的问题。
本发明通过酸性溶液浸渍并结合饱和水蒸气压环境处理，促进含Ba氧电极表面物相和微结构重构，并在测试条件下在其表面形成纳米颗粒附着层，从而得到表面重构的含Ba复合氧电极。该方法抑制了氧电极表面Ba聚集的问题，同时形成催化活性的纳米颗粒，提高了电池的输出性能和运行稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面重构改进含Ba复合氧电极的方法。通过表面重构在含Ba氧电极表面形成均匀分布的活性纳米颗粒，增加氧电极活性位点，提高ORR和OER动力学，使氧电极表现出良好的电化学性能和稳定性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
表面重构改进含Ba复合氧电极的方法，具体包括以下步骤:
(1)将一定量的有机酸和粘结剂溶于去离子水中，得到改性溶液；
(2)将含Ba氧电极浆料涂覆在电池片上，经过一定温度处理消除浆料中的有机物；
(3)将改性溶液滴加到含Ba氧电极上，并在一定温度、饱和水蒸气压下静置；
(4)将电池干燥后封装，加热到测试温度得到表面重构的含Ba复合氧电极。
步骤(1)中所述的有机酸为无水柠檬酸或甘氨酸，改性溶液中有机酸的浓度为0.1～0.5mol·L-1。
步骤(1)中所述的粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮，改性溶液中粘结剂的质量百分浓度为0.5～2wt％。
步骤(2)中处理温度为400～700℃，处理时间为0.5～3小时。
步骤(3)中改性溶液使用量为5～55μL·cm-2。
步骤(3)中含Ba氧电极包括步骤(3)中的含Ba氧电极为LnBa1-xCaxCo2O5+δ(Ln＝稀土元素，0＜x≤0.5)、Ba1-ySryCo0.8Fe0.2O3-δ(0＜y≤0.5)。
步骤(3)中温度为70～100℃，静置时间为0.5～3小时。
步骤(4)中测试温度为600～800℃。
利用上述方法制备得到的含Ba复合氧电极可作为固体氧化物电池氧电极材料，该复合氧电极由多相纳米颗粒包覆母体电极颗粒构成。
本发明的优点在于：
1.本发明通过将酸性溶液浸渍到含Ba氧电极上，并在饱和水蒸气压环境中处理，使氧电极表面物相和微结构发生重构，得到一种具有纳米结构的复合氧电极。
2.由于表面化学态的变化和纳米颗粒(BaCoO3和BaCO3纳米颗粒)的形成增加了反应位点，提高了含Ba氧电极的ORR和OER催化活性，进一步提升了电极的电化学性能和稳定性。
3.本发明所述的表面重构的含Ba复合氧电极制备方法对设备要求低，工艺简单、稳定。
附图说明
图1为实施例2和对比例3制备的表面重构PBCC复合氧电极和单相PBCC氧电极的表面形貌图；
图2为实施例2得到的表面重构PBCC复合氧电极粉体的HRTEM图；
图3为实施例2和对比例3制备的表面重构PBCC复合氧电极和单相PBCC氧电极全电池在SOFC模式、750℃下的功率密度曲线和阻抗谱；
图4为实施例2和对比例3制备的表面重构PBCC复合氧电极和单相PBCC氧电极全电池在SOEC模式、750℃下，电解CO2的电流密度-电压曲线和阻抗谱；
图5为实施例2制备的表面重构PBCC复合氧电极全电池在750℃、0.5A·cm-2下的稳定性曲线。
具体实施方式
本发明给出下列具体实施例对所述的技术方案做进一步的说明，但其保护范围并不限于下列实施例。
以下所述的PBCC电极粉体的具体组成为PrBa0.8Ca0.2Co2O5+δ。
实施例1：
(1)将Pr(NO3)3·6H2O、Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O、Co(NO3)2·6H2O、无水柠檬酸(CA)和乙二胺四乙酸(EDTA)按摩尔比1：0.8：0.2：2：6：4加入到去离子水中，并加入28wt％氨水不断搅拌得到澄清的前驱体溶液，其中28wt％氨水的加入量与EDTA的摩尔量比为10ml：0.01mol；
(2)在300℃下加热搅拌步骤(1)中的前驱体溶液使水分蒸发，得到的凝胶在180℃下干燥10小时，随后在1050℃煅烧3小时，得到PBCC电极粉体；
(3)将步骤(2)中得到的PBCC电极粉体与粘结剂(4wt％乙基纤维素+96wt％松油醇)按照质量比6：4混合研磨得到PBCC电极浆料；
(4)将步骤(3)中的PBCC浆料涂覆在阳极支撑的电池上，在400℃下热处理2小时；
(5)将CA和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到去离子水中搅拌溶解得到改性溶液，其中CA浓度为0.1mol·L-1，PVP质量占溶液总质量的2％；
(6)按照10μL·cm-2的量将步骤(5)中的改性溶液滴加到步骤(4)中制备的PBCC电极上，并置于70℃、饱和水蒸气压下静置2小时；
(7)将经过步骤(6)处理的电极在80℃干燥1小时，封装该电池，并加热到800℃的测试温度，即可得到表面重构的PBCC氧电极。
实施例2：
(1)将Pr(NO3)3·6H2O、Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O、Co(NO3)2·6H2O、CA和EDTA按摩尔比1：0.8：0.2：2：6：4加入到去离子水中，并加入28wt％氨水不断搅拌得到澄清的前驱体溶液，其中28wt％氨水的加入量与EDTA的摩尔量比为10ml：0.01mol；
(2)在300℃下加热搅拌步骤(1)中的前驱体溶液使水分蒸发，得到的凝胶在180℃下干燥10小时，随后在1050℃煅烧3小时，得到PBCC电极粉体；
(3)将步骤(2)中得到的PBCC电极粉体与粘结剂(4wt％乙基纤维素+96wt％松油醇)按照质量比6：4混合研磨得到PBCC电极浆料；
(4)将步骤(3)中的PBCC浆料涂覆在阳极支撑的电池上，在500℃下热处理1小时；
(5)将CA和PVP加入到去离子水中搅拌溶解得到改性溶液，其中CA浓度为0.25mol·L-1，PVP质量占溶液总质量的1％；
(6)按照30μL·cm-2的量将步骤(5)中的改性溶液滴加到步骤(4)中制备的PBCC电极上，并置于80℃、饱和水蒸气压下静置1小时；
(7)将经过步骤(6)处理的电极在80℃干燥1小时，封装该电池，并加热到750℃的测试温度，即可得到表面重构的PBCC氧电极。
对比例3：
(1)将Pr(NO3)3·6H2O、Ba(NO3)2、Ca(NO3)2·4H2O、Co(NO3)2·6H2O、CA和EDTA按摩尔比1：0.8：0.2：2：6：4加入到去离子水中，并加入28wt％氨水不断搅拌得到澄清的前驱体溶液，其中28wt％氨水的加入量与EDTA的摩尔量比为10ml：0.01mol；
(2)在300℃下加热搅拌步骤(1)中的前驱体溶液使水分蒸发，得到的凝胶在180℃下干燥10小时，随后在1050℃煅烧3小时，得到PBCC电极粉体；
(3)将步骤(2)中得到的PBCC电极粉体与粘结剂(4wt％乙基纤维素+96wt％松油醇)按照质量比6：4混合研磨得到PBCC电极浆料；
(4)将步骤(3)中的PBCC浆料涂覆在阳极支撑的电池上，150℃干燥1小时，封装该电池，并加热到750℃进行电化学性能测试。
性能表征：
图1是实施例2和对比例3制备的表面重构PBCC复合氧电极和单相PBCC氧电极的表面形貌图。如图所示，相比于单相PBCC电极，经过表面重构的PBCC复合氧电极表面更为粗糙，纳米颗粒均匀附着在PBCC表面。
图2是实施例2得到的表面重构PBCC复合氧电极粉体的HRTEM图片。如图所示，制备的表面重构PBCC复合氧电极中，BaCoO3和BaCO3纳米颗粒附着在PBCC颗粒表面上。
图3是实施例2和对比例3制备的表面重构PBCC复合氧电极和单相PBCC氧电极全电池在SOFC模式、750℃下的功率密度曲线和阻抗谱。如图所示，表面重构的PBCC复合氧电极电池在750℃的峰值功率密度达到2.01W·cm-2，相比于PBCC电极电池(0.86W·cm-2)提升了134％。同时，电池的欧姆电阻从0.230Ω·cm2降低到0.080Ω·cm2，极化电阻从0.187Ω·cm2降低到0.076Ω·cm2。
图4是实施例2和对比例3制备的表面重构PBCC复合氧电极和单相PBCC氧电极全电池在SOEC模式、750℃下，电解CO2的电流密度-电压曲线和阻抗谱。如图所示，表面重构的PBCC复合氧电极电池在750℃、1.3V下的电解电流密度为1.52A·cm-2，相比于PBCC电极电池(0.76A·cm-2)提升了100％。同时，电池的欧姆电阻从0.225Ω·cm2降低到0.141Ω·cm2，极化电阻从0.254Ω·cm2降低到0.073Ω·cm2。
图5是实施例2制备的表面重构PBCC复合氧电极全电池在750℃、0.5A·cm-2下的稳定性曲线。如图所示，表面重构的PBCC复合氧电极电池在SOFC和SOEC模式下均表现出良好的稳定性，电压衰减率分别为0.0166％·h-1和0.0482％·h-1，远小于PBCC氧电极的0.1906％·h-1和0.3875％·h-1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.表面重构改进含Ba复合氧电极的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
（1）将一定量的有机酸和粘结剂溶于去离子水中，得到改性溶液；
（2）将含Ba氧电极浆料涂覆在电池片上，经过一定温度处理消除浆料中的有机物；
（3）将改性溶液滴加到含Ba氧电极上，并在一定温度、饱和水蒸气压下静置；
（4）将电池干燥后封装，加热到测试温度得到表面重构的含Ba复合氧电极；
步骤（1）中有机酸为无水柠檬酸或甘氨酸，改性溶液中有机酸的浓度为0.1~0.5 mol·L-1；
步骤（1）中粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮，改性溶液中粘结剂的质量百分浓度为0.5~2wt%；
步骤（2）中处理温度为400~700 ℃，时间为0.5~3小时；
步骤（3）中改性溶液使用量为5~55 μL·cm-2；
步骤（3）中的含Ba氧电极为LnBa1-xCaxCo2O5+δ，Ln=稀土元素，0＜x≤0.5或Ba1- ySryCo0.8Fe0.2O3-δ，0＜y≤0.5；
步骤（3）中处理温度为70~100 ℃，静置时间为0.5~3小时；
步骤（4）中测试温度为600~800 ℃。
2.一种如权利要求1所述的方法制得的表面重构的含Ba复合氧电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310060820.9A CN116072892B (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 表面重构改进含Ba复合氧电极的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310060820.9A CN116072892B (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 表面重构改进含Ba复合氧电极的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116072892A CN116072892A (zh) | 2023-05-05 |
| CN116072892B true CN116072892B (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=86174553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310060820.9A Active CN116072892B (zh) | 2023-01-16 | 2023-01-16 | 表面重构改进含Ba复合氧电极的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116072892B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005076388A1 (en) * | 2004-02-07 | 2005-08-18 | Lg Chem, Ltd. | Organic/inorganic composite porous layer-coated electrode and electro-chemical device comprising the same |
| CA2686846A1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-03 | Technical University Of Denmark | Solid oxide cell and solid oxide cell stack |
| JP2012079651A (ja) * | 2010-10-06 | 2012-04-19 | Dainippon Printing Co Ltd | 非水電解液二次電池用電極板、非水電解液二次電池、および電池パック |
| CN108550866A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-18 | 太原理工大学 | 二维材料辅助浸渍法制备固体氧化物燃料电池阳极的方法 |
| CN110098410A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-06 | 福州大学 | 一种纳米结构含钴复合阴极材料的合成方法 |
| CN110729492A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-01-24 | 福州大学 | 一种高性能的纳米结构含钴复合阴极材料的共合成方法 |
| KR20210022956A (ko) * | 2019-08-21 | 2021-03-04 | 재단법인대구경북과학기술원 | 이중 도핑된 안정화 비스무트 산화물을 포함하는 고체산화물 전지용 복합 산소 전극 |
| CN113871636A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-31 | 福州大学 | 一种耐铬中毒的固体氧化物燃料电池纳米结构复合阴极 |
| CN113991122A (zh) * | 2021-09-06 | 2022-01-28 | 中国地质大学(武汉)浙江研究院 | 一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113991124A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 福州大学 | 一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200365911A1 (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | University Of South Carolina | Method to Make Isostructural Bilayer Oxygen Electrode |
-
2023
- 2023-01-16 CN CN202310060820.9A patent/CN116072892B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005076388A1 (en) * | 2004-02-07 | 2005-08-18 | Lg Chem, Ltd. | Organic/inorganic composite porous layer-coated electrode and electro-chemical device comprising the same |
| CA2686846A1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-03 | Technical University Of Denmark | Solid oxide cell and solid oxide cell stack |
| JP2012079651A (ja) * | 2010-10-06 | 2012-04-19 | Dainippon Printing Co Ltd | 非水電解液二次電池用電極板、非水電解液二次電池、および電池パック |
| CN108550866A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-18 | 太原理工大学 | 二维材料辅助浸渍法制备固体氧化物燃料电池阳极的方法 |
| CN110098410A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-06 | 福州大学 | 一种纳米结构含钴复合阴极材料的合成方法 |
| KR20210022956A (ko) * | 2019-08-21 | 2021-03-04 | 재단법인대구경북과학기술원 | 이중 도핑된 안정화 비스무트 산화물을 포함하는 고체산화물 전지용 복합 산소 전극 |
| CN110729492A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-01-24 | 福州大学 | 一种高性能的纳米结构含钴复合阴极材料的共合成方法 |
| CN113991122A (zh) * | 2021-09-06 | 2022-01-28 | 中国地质大学(武汉)浙江研究院 | 一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113871636A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-31 | 福州大学 | 一种耐铬中毒的固体氧化物燃料电池纳米结构复合阴极 |
| CN113991124A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 福州大学 | 一种提升陶瓷氧化物阴极性能的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116072892A (zh) | 2023-05-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103811772B (zh) | 含有钙钛矿型结构氧化物的复合材料及其制备方法和用途 | |
| CN104078687B (zh) | 含有碱金属或碱土金属元素的固体氧化物燃料电池的阳极材料及其制备方法和用途 | |
| Mat et al. | Development of cathodes for methanol and ethanol fuelled low temperature (300–600 C) solid oxide fuel cells | |
| CN111477881B (zh) | 一种NiFe合金纳米颗粒包覆Pr0.8Sr1.2(FeNi)O4-δ材料及其制法 | |
| CN110451489B (zh) | 一种氮化钴嵌入多孔氮掺杂石墨烯材料及制备方法与应用 | |
| CN101359739A (zh) | 一种固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法 | |
| CN101320814A (zh) | 低温固体氧化物燃料电池的电解质材料及其制备方法 | |
| CN101662033A (zh) | 一种固体氧化物燃料电池以及这种电池的制备方法 | |
| CN113839054B (zh) | 一种可逆质子陶瓷电池电极材料及其制备方法和用途 | |
| CN110098410A (zh) | 一种纳米结构含钴复合阴极材料的合成方法 | |
| CN105742646A (zh) | 具有石榴果实结构的固体氧化物燃料电池阴极材料及制备 | |
| Liu et al. | Study of high active and redox-stable La0. 9Ca0. 1Fe0. 9Nb0. 1O3-δ/Sm0. 1Ce0. 9O2− δ composite ceramic electrode for solid oxide reversible cells | |
| Wang et al. | Structure-dependent electrocatalytic activity of La 1-x Sr x MnO 3 for oxygen reduction reaction | |
| Gao et al. | Voltage-driven reduction method to optimize in-situ exsolution of Fe nanoparticles at Sr2Fe1. 5+ xMo0. 5O6-δ interface | |
| CN114420943A (zh) | 一种异质界面复合电极材料及其制备方法与应用 | |
| CN109468661A (zh) | 一种固体氧化物电解池用复合氧电极及其制备方法 | |
| CN105130426B (zh) | 一种高温化学稳定的sofc钙钛矿阳极材料及其制备方法 | |
| CN116072892B (zh) | 表面重构改进含Ba复合氧电极的方法 | |
| CN115180936B (zh) | 一种质子导体可逆电池空气电极、制备方法和用途 | |
| TIAN et al. | Performance of reversible solid oxide cells based on La0. 6Ca0. 4Fe0. 7Sc0. 1Ni0. 2O3–δ oxygen electrode | |
| Li et al. | In Situ Exsolved CoFe Alloy Nanoparticles on Gd2SrCo0. 8Fe1. 2O7− δ for Direct Hydrocarbon Fuel Solid Oxide Fuel Cells | |
| CN102658152A (zh) | 一种氧电极钙钛矿型催化剂的制备方法 | |
| CN110729492A (zh) | 一种高性能的纳米结构含钴复合阴极材料的共合成方法 | |
| CN105609792A (zh) | 一种镧钙锰/碳纳米管双功能复合催化剂及其制备和应用 | |
| CN114635150A (zh) | 一种新型的固体氧化物电解池氧电极及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |