CN116207276A - 一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，该方法涉及材料为(Sr2‑xEux)FeMoO6。将稀土元素Eu掺入Sr2FeMoO6的Sr位子晶格后，材料的电导率明显提升、活化能有较大幅度降低，以该材料为阳极制备的电池的极化电阻较小，输出功率提升幅度较高，800℃时电池的输出功率从～640mWcm‑2提高至～940mWcm‑2。制备方法包括以下步骤：(1)将原材料按化学计量比称量并置于烧杯内，并加入去离子水与络合剂柠檬酸；(2)对上述溶液进行加热和搅拌，生成(Sr2‑xEux)FeMoO6前驱体粉末；(3)生成单相的(Sr2‑xEux)FeMoO6块体材料；(4)制备成阳极；(5)阳极材料在H2/Ar混合气氛中退火；(6)制备完整电解质支撑的燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体为一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转化效率很高的绿色能源，燃料选择范围广，适合于改善我国的能源结构。
阴极、阳极、电解质是固体氧化物燃料电池的三大组成部分，其中阳极承担着向电池输送燃料、氧化燃料的重要功能，因此阳极性能在很大程度上影响着电池的整体输出功率。目前商业化程度较高的是Ni基阳极，但这种材料容易产生积碳、硫中毒现象。要使用廉价的碳氢燃料，需要在阳极附近放置重整器，避免碳沉积，但这不仅增加了电池成本也使电池结构变得复杂。双钙钛矿Sr2FeMoO6阳极虽然避免了积碳和硫中毒现象，但催化能力稍低，使得电池整体输出功率降低，难以满足商业化应用需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明制备的阳极材料电导率高、活化能小，电池的极化电阻较小，能够有效提高电池输出功率、增强电池抗衰减性能。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：将稀土元素Eu掺入Sr2FeMoO6的Sr位子晶格，其中，对优化的(Sr2-xEux)FeMoO6阳极的制备包括以下步骤：
(1)将适量分析纯以上的Sr(NO3)3、Eu(NO3)3、Fe(NO3)3·9H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O按化学计量比称量并置于烧杯内，并加入去离子水与络合剂柠檬酸；
(2)对上述溶液进行加热和搅拌，生成(Sr2-xEux)FeMoO6前驱体粉末；
(3)去除剩余的氮化物、碳酸盐，经充分研磨、压片，最后在H2/Ar混合气氛中高温烧结生成单相的(Sr2-xEux)FeMoO6块体材料；
(4)将烧结好的(Sr2-xEux)FeMoO6块体材料粉碎、充分研磨，然后掺入浆料，印刷在La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)电解质上制备成阳极；
(5)阳极材料在H2/Ar混合气氛中退火；
(6)在电解质另一侧印刷阴极材料并退火，以制备完整电解质支撑的燃料电池。
进一步的，所述步骤(1)中，通过去离子水对原料进行溶解，所述络合剂柠檬酸在溶解后进行加入。
进一步的，所述柠檬酸与原料中金属离子的摩尔比为1:1
优选的，(Sr2-xEux)FeMoO6阳极材料成分中，所述Eu含量为x＝0.25。
进一步的，所述步骤(2)中，通过磁力搅拌器上进行加热和搅拌，且加热、搅拌过程同步进行。
进一步的，所述前驱体粉末在700℃下预烧3小时。
进一步的，所述烧结条件为：5％的/Ar混合气氛气氛，1100℃-1250℃，6小时。
进一步的，所述步骤(4)中，制备成阳极的过程通过丝网印刷技术进行印刷加工处理，所述阳极与浆料的比例为1:1，阳极厚度为30-60μm。
进一步的，步骤(5)中，所述退火条件为5％的H2/Ar混合气氛气氛，1100℃，1小时。
进一步的，步骤(6)中，所述阴极材料为SmBaCo2O5，退火气氛为5％的H2/Ar混合气氛，温度为1000℃，退火时间1小时。
本发明的有益效果：
1.该固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法中，将稀土元素Eu掺入Sr2FeMoO6的Sr位子晶格后，材料的电导率明显提升、活化能有较大幅度降低。
2.该固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法中，(Sr1.75Eu0.25)FeMoO6/LSGM/SmBaCo2O5电池的极化电阻明显降低，电池的输出功率提升幅度较高，800℃时电池的输出功率从～640mWcm-2提高至～940mWcm-2，进一步满足了商业化应用要求。
附图说明
图1为本发明固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法(Sr1.75La0.25)FeMoO6/LSGM/SmBaCo2O5、(Sr1.75Eu0.25)
FeMoO6/LSGM/SmBaCo2O5电池在不同温度下的阻抗谱图；
图2为本发明中(Sr1.75La0.25)FeMoO6、(Sr1.75Eu0.25)FeMoO6材料的电导率随温度变化图；
图3为本发明中Sr2FeMoO6/LSGM/SmBaCo2O5、(Sr1.75La0.25)FeMoO6/LSGM/SmBaCo2O5、(Sr1.75Eu0.25)FeMoO6/LSGM/SmBaCo2O5电池在800℃时的功率密度图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，优化的(Sr2-xEux)FeMoO6阳极具体制备步骤如下：
1、将适量分析纯以上的Sr(NO3)3、Eu(NO3)3、Fe(NO3)3·9H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O按化学计量比称量并置于烧杯内，加入去离子水溶解上述原料，然后加入络合剂柠檬酸。这里，柠檬酸与原料中金属离子的摩尔比为1:1。这里优选的Eu含量为x＝0.25。
2、将上述溶液置于磁力搅拌器上，边加热边搅拌，直至变为浅绿色色粘稠胶体，最后燃烧生成(Sr2-xEux)FeMoO6前驱体粉末。
3、将上述前驱体粉末在700℃下预烧3小时，以去除剩余的氮化物、碳酸盐等。经充分研磨、压片，最后在H2/Ar混合气氛中高温烧结生成单相的(Sr2-xEux)FeMoO6块体材料。这里，优选的烧结条件为：5％的/Ar混合气氛气氛，1100℃-1250℃，烧结时间为6小时。
4、将烧结好的(Sr2-xEux)FeMoO6块体材料粉碎、充分研磨，然后掺入浆料，通过丝网印刷技术印刷在La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)电解质上制备成阳极。这里优选的阳极与浆料的比例为1:1，阳极厚度为30-60μm。
5、将上述制备的阳极材料在H2/Ar混合气氛中退火，这里优选的退火条件为5％的H2/Ar混合气氛气氛，1100℃，处理时间为1小时。
6、在电解质另一侧印刷阴极材料并退火，以制备完整电解质支撑的燃料电池。这里优选的阴极材料为SmBaCo2O5，退火气氛为5％的H2/Ar混合气氛，温度为1000℃，退火时间为1小时。
本实施例，根据图1所示，(Sr1.75La0.25)FeMoO6为阳极制备的电池在800℃时的极化电阻、总电阻大。当将稀土元素Eu掺入Sr2FeMoO6的Sr位子晶格后，材料的电导率明显提升、活化能有较大幅度降低，因此(Sr1.75Eu0.25)FeMoO6为阳极制备的电池在750℃、800℃、850℃时的极化电阻、总电阻明显降低。
如图3所示，在800℃环境下，Sr2FeMoO6为阳极的电池的的功率密度最高达到640mWcm-2，(Sr1.75La0.25)FeMoO6为阳极的电池的功率密度最高达到730mWcm-2，而(Sr1.75Eu0.25)FeMoO6为阳极的电池的功率密度达到940mWcm-2。
从上述数据可知，800℃时电池的输出功率从～640mWcm-2提高至～940mWcm-2，提升幅度较高。本发明中，Eu含量为0.1-0.35，优选含量为x＝0.25，且(Sr1.75La0.25)FeMoO6、(Sr1.75Eu0.25)FeMoO6材料的电导率与温度之间的关系如图2所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于，将稀土元素Eu掺入Sr2FeMoO6的Sr位子晶格，其中，对优化的(Sr2-xEux)FeMoO6阳极的制备包括以下步骤：
(1)将适量分析纯以上的Sr(NO3)3、Eu(NO3)3、Fe(NO3)3·9H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O按化学计量比称量并置于烧杯内，并加入去离子水与络合剂柠檬酸；
(2)对上述溶液进行加热和搅拌，生成(Sr2-xEux)FeMoO6前驱体粉末；
(3)去除剩余的氮化物、碳酸盐，经充分研磨、压片，最后在H2/Ar混合气氛中高温烧结生成单相的(Sr2-xEux)FeMoO6块体材料；
(4)将烧结好的(Sr2-xEux)FeMoO6块体材料粉碎、充分研磨，然后掺入浆料，印刷在La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)电解质上制备成阳极；
(5)阳极材料在H2/Ar混合气氛中退火；
(6)在电解质另一侧印刷阴极材料并退火，以制备完整电解质支撑的燃料电池。
2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，通过去离子水对原料进行溶解，所述络合剂柠檬酸在溶解后进行加入。
3.根据权利要求2所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述柠檬酸与原料中金属离子的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，通过磁力搅拌器上进行加热和搅拌，且加热、搅拌过程同步进行。
5.根据权利要求1或4所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述前驱体粉末在700℃下预烧3小时。
6.根据权利要求5所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述烧结条件为：5％的/Ar混合气氛气氛，1100℃-1250℃，6小时。
7.根据权利要求6所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，制备成阳极的过程通过丝网印刷技术进行印刷加工处理，所述阳极与浆料的比例为1:1，阳极厚度为30-60μm。
8.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述退火条件为5％的H2/Ar混合气氛气氛，1100℃，1小时。
9.根据权利要求8所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：步骤(6)中，所述阴极材料为SmBaCo2O5，退火气氛为5％的H2/Ar混合气氛，温度为1000℃，退火时间1小时。
10.根据权利要求3所述的一种固体氧化物燃料电池阳极材料制备方法，其特征在于：所述(Sr2-xEux)FeMoO6阳极材料成份中，所述Eu含量为x＝0.25。
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