一種燃料電池納米電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電極的制備方法，尤其涉及一種燃料電池納米電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，可直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有清潔、高效等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源、家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)、大型發(fā)電站等領(lǐng)域都有廣泛的用途。
[0003]目前廣泛使用的SOFC的運(yùn)行溫度在800° C左右，較高的工作溫度限制了很多材料的使用，同時(shí)還存在成本高、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。制備納米電極材料是提高SOFC電化學(xué)性能，降低工作溫度的一個(gè)有效途徑。傳統(tǒng)的電極材料的制備工藝是采用噴涂、絲網(wǎng)印刷等工藝將微米尺度的電極粉體涂敷在電解質(zhì)層的一側(cè)，而后在1000° C左右的高溫下實(shí)現(xiàn)電極材料的燒結(jié)。該工藝的成本高，制得電極材料的電化學(xué)活性不夠高，從而限制了 SOFC的功率輸出。
[0004]因此，為解決上述問(wèn)題，特提供一種新的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種降低電極制備成本、提高電極性能的燃料電池納米電極材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據(jù)需求配制電極材料的前驅(qū)體溶液；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅(qū)體溶液移入水熱反應(yīng)釜并在一定溫度和壓力的條件下進(jìn)行反應(yīng)；
C、反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻，打開(kāi)水熱反應(yīng)釜并取出SOFC多孔電極基底； d、將SOFC多孔電極基底進(jìn)行清洗，清洗完成后低溫煅燒得到納米電極材料。
[0007]優(yōu)選地，所述水熱合成條件是指溫度為50?300°C，壓力為IMPa?lGPa，時(shí)間為2-24ho
[0008]優(yōu)選地，所述低溫煅燒的溫度為300-600 °C。
[0009]優(yōu)選地，所述多孔電極基底是指孔隙率為20-80%，孔徑尺寸為0.2-100 的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底。
[0010]優(yōu)選地，所述電極材料的硝酸鹽、氯化物或者硫化物與水、添加劑的混合物。
[0011]優(yōu)選地，所述電機(jī)材料鹽離子的濃度為0.1-2 mo I L 1O
[0012]優(yōu)選地，所述添加劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀其中的一種或幾種。
[0013]優(yōu)選地，所述電極材料指:8mol%氧化乾穩(wěn)定的氧化錯(cuò)，I Omo I %氧化鈧穩(wěn)定的氧化錯(cuò)，8mol%氧化乾、2mol%氧化鈧共穩(wěn)定的氧化錯(cuò)或2mol%氧化鋪和8mol%氧化鈧穩(wěn)定的氧化錯(cuò)，鎖鎂摻雜的鎵酸鑭、氧化釤摻雜氧化鋪、氧化IL摻雜氧化鋪、摻雜La2Mo209、BaZraiCeQ.7YQ.2_xYbx03_d、摻雜鋯酸鍶、摻雜鋯酸鋇、摻雜鈰酸鋇、N1、N1, Cu、Cu。、Co、Fe、Ag、Au、Pt、Ru、Pd'V2OpLa1 XSrxCr1 yMny03 ^ La1 xSrxTi03 ^Sr2Mg1 xMnxMo06 ^LaSr2Fe3 yCry0s、La1 ,SrxMnO3 z、Sm0.5Sr0.5Co03 z、La1 ,SrxCo1 yFey03 z、La1 ,SrxFeO3 z、La1 ,SrxCoO3 z、Ba1 ,SrxCo1 yFey03 z、Co304、LaNi2O4或(AB) 304的尖晶石型材料，其中的一種或幾種的復(fù)合物。
[0014]優(yōu)選地，所述清洗溶液為去離子水或無(wú)水乙醇。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的合成，具有合成物成分均勻、形貌可控的優(yōu)點(diǎn)，電極材料原位合成，避免了傳統(tǒng)電極材料的制備一涂敷一燒結(jié)等復(fù)雜工序；制得的納米電極材料的比表面積大，電化學(xué)活性高；納米電極材料的形貌可調(diào)、尺寸可控；設(shè)備簡(jiǎn)單、原料和工藝成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定。
[0017]實(shí)施例1
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據(jù)需求配制電極材料的前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液為電極材料的硝酸鹽、氯化物與水、氨水的混合物，電機(jī)材料鹽離子的濃度為0.1mol L 氨水的加入量以加入氨水能夠與全部的鹽離子反應(yīng)為基準(zhǔn)，其中電極材料為8mol%氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅(qū)體溶液移入水熱反應(yīng)釜并在溫度為50°C，壓力為IMPa，下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2h，多孔電極基底是指孔隙率為20%，孔徑尺寸為0.2 的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底；
C、反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻，打開(kāi)水熱反應(yīng)釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底通過(guò)去離子水或無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，清洗完成后低溫煅燒溫度為300°C得到納米電極材料。
[0018]實(shí)施例2
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據(jù)需求配制電極材料的前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液為電極材料的硝酸鹽、硫化物與水、氫氧化鈉的混合物，電機(jī)材料鹽離子的濃度為Imol L \氫氧化鈉的加入量以加入氫氧化鈉能夠與全部的鹽離子反應(yīng)為基準(zhǔn)，其中電極材料為10mol%氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅(qū)體溶液移入水熱反應(yīng)釜并在溫度為200°C，壓力為500MPa，下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為12h，多孔電極基底是指孔隙率為50%，孔徑尺寸為50的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底；
C、反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻，打開(kāi)水熱反應(yīng)釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底通過(guò)去離子水或無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，清洗完成后低溫煅燒溫度為450°C得到納米電極材料。
[0019]實(shí)施例3
一種燃料電池納米電極材料的制備方法，包括以下工藝步驟:
a、根據(jù)需求配制電極材料的前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液為電極材料的硝酸鹽、硫化物與水、氫氧化鉀的混合物，電機(jī)材料鹽離子的濃度為2 mo I L \氫氧化鉀的加入量以加入氫氧化鉀能夠與全部的鹽離子反應(yīng)為基準(zhǔn)，電極材料為8mol%氧化乾、2mol%氧化鈧共穩(wěn)定的氧化鋯；
b、將SOFC多孔電極基底和該前驅(qū)體溶液移入水熱反應(yīng)釜并在溫度為300°C，壓力為IGPa,下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為24h，多孔電極基底是指孔隙率為80%，孔徑尺寸為100 的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底；
C、反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻，打開(kāi)水熱反應(yīng)釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底通過(guò)去離子水或無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，清洗完成后低溫煅燒溫度為600°C得到納米電極材料。
[0020]電極材料還可以指:2mol%氧化鈰和8mol%氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯，鍶鎂摻雜的鎵酸鑭、氧化釤摻雜氧化鈰、氧化釓摻雜氧化鈰、摻雜La2Mo2O9、BaZr0.fe。.7Y0.2 _ JbxO3 _d、摻雜鋯酸鍶、摻雜鋯酸鋇、摻雜鈰酸鋇、N1、N1, Cu、Cu。、Co、Fe、Ag、Au、Pt、Ru、Pd、
V203、La1 XSrxCr1 yMny03 z、La1 xSrxTi03 z、Sr2Mg1 χΜηχΜο06 δ、LaSr2Fe3 yCryO8^ La1 xSrxMn03 z、Sm0 5Sr0 5CoO3 z、La1 ,SrxCo1 yFey03 z、La1 ,SrxFeO3 z、La1 ,SrxCoO3 z、Ba1 ,SrxCo1 yFey03 z、Co3O4'LaNi2O4或(AB) 304的尖晶石型材料，其中的一種或幾種的復(fù)合物。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的合成，具有合成物成分均勻、形貌可控的優(yōu)點(diǎn)，電極材料原位合成，避免了傳統(tǒng)電極材料的制備一涂敷一燒結(jié)等復(fù)雜工序；制得的納米電極材料的比表面積大，電化學(xué)活性高；納米電極材料的形貌可調(diào)、尺寸可控；設(shè)備簡(jiǎn)單、原料和工藝成本低。
[0022]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作任何其他形式的限制，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:包括以下工藝步驟: a、根據(jù)需求配制電極材料的前驅(qū)體溶液； b、將SOFC多孔電極基底和該前驅(qū)體溶液移入水熱反應(yīng)釜并在一定溫度和壓力的條件下進(jìn)行反應(yīng)； C、反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻，打開(kāi)水熱反應(yīng)釜并取出SOFC多孔電極基底； d、將SOFC多孔電極基底進(jìn)行清洗，清洗完成后低溫煅燒得到納米電極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述水熱合成條件是指溫度為50?300°C，壓力為IMPa?lGPa，時(shí)間為2_24h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述低溫煅燒的溫度為300-600 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述多孔電極基底是指孔隙率為20-80%，孔徑尺寸為0.2-100 Pm的多孔金屬、陶瓷或者金屬陶瓷基底。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述電極材料的硝酸鹽、氯化物或者硫化物與水、添加劑的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述電機(jī)材料鹽離子的濃度為0.1-2 mo I L 1O7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述添加劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀其中的一種或幾種。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述電極材料指:8mol%氧化乾穩(wěn)定的氧化錯(cuò)，I Omo I %氧化鈧穩(wěn)定的氧化錯(cuò)，8mol%氧化?乙、2mol%氧化鈧共穩(wěn)定的氧化錯(cuò)或2mol%氧化鋪和8mol%氧化鈧穩(wěn)定的氧化錯(cuò)，鎖鎂摻雜的鎵酸鑭、氧化釤摻雜氧化鈰、氧化釓摻雜氧化鈰、摻雜La2Mo209、BaZr。.A?。.7Υα2_xYbx03_d、摻雜鋯酸鍶、摻雜鋯酸鋇、摻雜鈰酸鋇、N1、N1, Cu、Cu。、Co、Fe、Ag、Au、Pt、Ru、Pd、V203、La1 XSrxCr1 yMny03 z、La1 xSrxTi03 z、Sr2Mg1 χΜηχΜο06 δ、LaSr2Fe3 yCryO8^ La1 xSrxMn03 z、Sm0 5Sr0 5CoO3 z、La1 ,SrxCo1 yFey03 z、La1 ,SrxFeO3 z、La1 ,SrxCoO3 z、Ba1 ,SrxCo1 yFey03 z、Co3O4'LaNi2O4或(AB) 304的尖晶石型材料，其中的一種或幾種的復(fù)合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于:所述清洗溶液為去離子水或無(wú)水乙醇。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池納米電極材料的制備方法，其特征在于：包括以下工藝步驟：a、根據(jù)需求配制電極材料的前驅(qū)體溶液；b、將SOFC多孔電極基底和該前驅(qū)體溶液移入水熱反應(yīng)釜并在一定溫度和壓力的條件下進(jìn)行反應(yīng)；c、反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻，打開(kāi)水熱反應(yīng)釜并取出SOFC多孔電極基底；d、將SOFC多孔電極基底進(jìn)行清洗，清洗完成后低溫煅燒得到納米電極材料。本發(fā)明的有益效果是：水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的合成，具有合成物成分均勻、形貌可控的優(yōu)點(diǎn)，電極材料原位合成，制得的納米電極材料的比表面積大，電化學(xué)活性高；納米電極材料的形貌可調(diào)、尺寸可控；設(shè)備簡(jiǎn)單、原料和工藝成本低。
【IPC分類】B82Y30/00, H01M4/88
【公開(kāi)號(hào)】CN105047949
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510310963
【發(fā)明人】楊小春
【申請(qǐng)人】昆山艾可芬能源科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日