一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先將聚乙烯醇、N,N?亞甲基雙丙烯酰胺等物質(zhì)攪拌混合，再加入四甲基乙二胺，得到改性水凝膠，再將Ba(NO3)2、Co(NO3)2和Ni(NO3)2等物質(zhì)混合加熱后，濃縮，將濃縮液與改性水凝膠混合，得到混合改性凝膠液，接著將其與預(yù)處理的豬骨碎料進(jìn)行混合，煅燒，最后對其進(jìn)行壓制、煅燒，即可得到低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料膨脹率低，與電解質(zhì)材料具有較高的匹配性，熱膨脹系數(shù)低于23.3×10?6K?1；熱穩(wěn)定性較高，可延長其使用壽命。
【專利說明】
一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]中溫氧化物燃料電池的發(fā)展近來引起了人們的關(guān)注。隨著使用溫度的降低(600?800 0C)，傳統(tǒng)陰極材料的電化學(xué)性能也隨之下降，極化電阻增大。研究表明La0.85SrQ.15Μη03(LSM)的極化電阻從1000°C時的幾個歐姆猛增到800°C時的幾千歐姆。為此，尋找新的能在中溫條件下使用的陰極材料成為發(fā)展中溫燃料電池的重要任務(wù)。
[0003]隨著使用溫度的降低(600?800°C)，傳統(tǒng)陰極材料的電化學(xué)性能也隨之下降，極化電阻增大。目前主要的解決方案是發(fā)展氧離子一電子混合導(dǎo)電材料。一般而言，對于中溫氧化物燃料電池陰極材料的基本要求是:材料在中低溫區(qū)有比較高的氧離子一電子混合電導(dǎo)率，同時還需要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性(即與電解質(zhì)匹配的熱膨脹系數(shù))。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的過渡族金屬復(fù)合氧化物材料，比如LaQ.8SrQ.2CO().4Fe().603(LSCF)在中低溫區(qū)具有較好的混合導(dǎo)電率，但是它的熱膨脹系數(shù)與Zr0.92YQ.Q8O2(YSZ) (8% )電解質(zhì)材料之間相差較大，熱穩(wěn)定性能不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對La0.8SrQ.2COQ.4FeQ.603作為燃料電池陰極材料在中溫區(qū)具有較好的導(dǎo)電率，但是熱膨脹系數(shù)高，熱穩(wěn)定性能較差，不利于推廣使用的問題，本發(fā)明首先將聚乙烯醇、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺等物質(zhì)攪拌混合，再加入四甲基乙二胺，得到改性水凝膠，再將Ba (NO3) 2、Co (NO3) 2和Ni (NO3) 2等物質(zhì)混合加熱后，濃縮，將濃縮液與改性水凝膠混合，得到混合改性凝膠液，接著將其與預(yù)處理的豬骨碎料進(jìn)行混合，煅燒，最后對其進(jìn)行壓制、煅燒，即可得到低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。本法明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料膨脹率低，熱穩(wěn)定性較好。
[0005 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
(1)按重量份數(shù)計，分別稱量25?30份聚乙烯醇、5?10份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、3?5份磷酸鈉和35?40份去離子水置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于200?300W下超聲分散10?15min，制備得前驅(qū)體溶液，隨后按質(zhì)量比1:2，將四甲基乙二胺和上述制備的前驅(qū)體溶液攪拌混合，在65?80 V下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/5，制備得改性水凝膠，備用；
(2)按重量份數(shù)計，分別稱量25?30份Ba(N03)2，20?25份Co(N03)2，20?25份Ni(N03)2、85?90份質(zhì)量濃度10%氨水溶液和5?10份EDTA置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于65?80°C下水浴加熱I?2h;
(3)待水浴加熱完成后，對三口燒瓶滴加質(zhì)量濃度12%檸檬酸溶液，待滴加至pH至8.0后，停止滴加并置于65?80°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/6，隨后收集濃縮液，按質(zhì)量比1:5，將步驟(I)制備的改性水凝膠與濃縮液攪拌混合，制備得混合改性凝膠液，備用； (4)選取新鮮豬骨，將其洗凈并晾干，隨后粉碎成豬骨碎塊，收集豬骨碎塊，隨后按質(zhì)量比1:10，將豬骨碎塊與去離子水?dāng)嚢杌旌?，再?00?105°C下蒸煮25?30min，隨后過濾收集濾渣，在65?80°C下干燥6?8h，得到干燥濾渣；
(5)將上述制備得到的干燥濾渣與步驟(3)制備的混合改性凝膠液按質(zhì)量比1:10攪拌混合，再在200?300W下超聲分散10?15min，隨后過濾并收集濾餅，將濾餅置于管式爐中，在120?150°C下干燥25?30min，隨后按10°C/min升溫至880?900°C，保溫煅燒I?2h;
(6)待保溫煅燒完成后，靜置冷卻至室溫，收集煅燒粉末并置于球磨機(jī)中碾磨2?3h，收集碾磨粉末，將其置于壓片機(jī)中，在250?280MPa下壓制成片，隨后將片材置于石棉網(wǎng)上，在980?100tC下煅燒8?10h，待煅燒完成后，靜置冷卻至室溫即可制備得一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。
[0006]本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料熱膨脹系數(shù)低于23.3X10—6IT1,電導(dǎo)率為28?SSScm—1，在700 °(:時，其極化阻抗值為0.065?0.079 Ω cm2。
[0007]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料膨脹率低，與電解質(zhì)材料具有較高的匹配性，熱膨脹系數(shù)低于23.3 X 1-6K-1;
(2)本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料熱穩(wěn)定性較高，可延長其使用壽命；
(3)本發(fā)明制備步驟簡單，所需成本低。
【具體實施方式】
[0008]首先按重量份數(shù)計，分別稱量25?30份聚乙烯醇、5?10份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、3?5份磷酸鈉和35?40份去離子水置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于200?300W下超聲分散10?15min，制備得前驅(qū)體溶液，隨后按質(zhì)量比1:2，將四甲基乙二胺和上述制備的前驅(qū)體溶液攪拌混合，在65?80°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/5，制備得改性水凝膠，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量25?30份Ba(NO3)2,20?25份Co(NO3)2,20?25份Ni (N03)2、85?90份質(zhì)量濃度10%氨水溶液和5?10份EDTA置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于65?80°C下水浴加熱I?2h;待水浴加熱完成后，對三口燒瓶滴加質(zhì)量濃度12%檸檬酸溶液，待滴加至pH至8.0后，停止滴加并置于65?80°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/6，隨后收集濃縮液，按質(zhì)量比1:5，將制備的改性水凝膠與濃縮液攪拌混合，制備得混合改性凝膠液，備用;接著選取新鮮豬骨，將其洗凈并晾干，隨后粉碎成豬骨碎塊，收集豬骨碎塊，隨后按質(zhì)量比1:10，將豬骨碎塊與去離子水?dāng)嚢杌旌希僭?00?105 °C下蒸煮25?30min，隨后過濾收集濾渣，在65?80 °C下干燥6?8h，得到干燥濾渣;再將上述制備得到的干燥濾渣與制備的混合改性凝膠液按質(zhì)量比
I: 10攪拌混合，再在200?300W下超聲分散10?15min，隨后過濾并收集濾餅，將濾餅置于管式爐中，在120?150°C下干燥25?30min，隨后按10°C/min升溫至880?900°C，保溫煅燒I?2h;待保溫煅燒完成后，靜置冷卻至室溫，收集煅燒粉末并置于球磨機(jī)中碾磨2?3h，收集碾磨粉末，將其置于壓片機(jī)中，在250?280MPa下壓制成片，隨后將片材置于石棉網(wǎng)上，在980?100tC下煅燒8?10h，待煅燒完成后，靜置冷卻至室溫即可制備得一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。
[0009]實例I
首先按重量份數(shù)計，分別稱量30份聚乙烯醇、10份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、5份磷酸鈉和40份去離子水置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于300W下超聲分散15min，制備得前驅(qū)體溶液，隨后按質(zhì)量比1: 2，將四甲基乙二胺和上述制備的前驅(qū)體溶液攪拌混合，在80°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/5，制備得改性水凝膠，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量30份Ba(NO3)2,25份Co(NO3)2,25份Ni(NO3)2、90份質(zhì)量濃度10%氨水溶液和10份EDTA置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于80 0C下水浴加熱2h ；待水浴加熱完成后，對三口燒瓶滴加質(zhì)量濃度12%檸檬酸溶液，待滴加至PH至8.0后，停止滴加并置于80°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/6，隨后收集濃縮液，按質(zhì)量比1:5，將制備的改性水凝膠與濃縮液攪拌混合，制備得混合改性凝膠液，備用;接著選取新鮮豬骨，將其洗凈并晾干，隨后粉碎成豬骨碎塊，收集豬骨碎塊，隨后按質(zhì)量比1:10，將豬骨碎塊與去離子水?dāng)嚢杌旌?，再?05°C下蒸煮30min，隨后過濾收集濾渣，在80°C下干燥8h，得到干燥濾渣;再將上述制備得到的干燥濾渣與制備的混合改性凝膠液按質(zhì)量比1:10攪拌混合，再在300W下超聲分散15min，隨后過濾并收集濾餅，將濾餅置于管式爐中，在150°C下干燥30min，隨后按10°C/min升溫至900°C，保溫煅燒2h;待保溫煅燒完成后，靜置冷卻至室溫，收集煅燒粉末并置于球磨機(jī)中碾磨3h，收集碾磨粉末，將其置于壓片機(jī)中，在280MPa下壓制成片，隨后將片材置于石棉網(wǎng)上，在100tC下煅燒10h，待煅燒完成后，靜置冷卻至室溫即可制備得一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。
[0010]經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料熱膨脹系數(shù)23.2X10—6K-1，電導(dǎo)率為32Scm—1，在700 °C時，其極化阻抗值為0.079 Ω cm2。
[0011]實例2
首先按重量份數(shù)計，分別稱量25份聚乙烯醇、5份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、3份磷酸鈉和35份去離子水置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于200W下超聲分散lOmin，制備得前驅(qū)體溶液，隨后按質(zhì)量比1: 2，將四甲基乙二胺和上述制備的前驅(qū)體溶液攪拌混合，在65°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/5，制備得改性水凝膠，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量25份Ba(NO3)2,20份Co(NO3)2,20份Ni(N03)2、85份質(zhì)量濃度10%氨水溶液和5份EDTA置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于65 0C下水浴加熱Ih;待水浴加熱完成后，對三口燒瓶滴加質(zhì)量濃度12%檸檬酸溶液，待滴加至PH至8.0后，停止滴加并置于65°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/6，隨后收集濃縮液，按質(zhì)量比1:5，將制備的改性水凝膠與濃縮液攪拌混合，制備得混合改性凝膠液，備用;接著選取新鮮豬骨，將其洗凈并晾干，隨后粉碎成豬骨碎塊，收集豬骨碎塊，隨后按質(zhì)量比1:10，將豬骨碎塊與去離子水?dāng)嚢杌旌?，再?00°C下蒸煮25min，隨后過濾收集濾渣，在65°C下干燥6h，得到干燥濾渣;再將上述制備得到的干燥濾渣與制備的混合改性凝膠液按質(zhì)量比1:10攪拌混合，再在200W下超聲分散1min，隨后過濾并收集濾餅，將濾餅置于管式爐中，在120°C下干燥25min，隨后按10°C/min升溫至880°C，保溫煅燒Ih;待保溫煅燒完成后，靜置冷卻至室溫，收集煅燒粉末并置于球磨機(jī)中碾磨2h，收集碾磨粉末，將其置于壓片機(jī)中，在250MPa下壓制成片，隨后將片材置于石棉網(wǎng)上，在980°C下煅燒8h，待煅燒完成后，靜置冷卻至室溫即可制備得一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。
[0012]經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料熱膨脹系數(shù)23.1X 10—6K-1，電導(dǎo)率為SSScnf1，在700 0C時，其極化阻抗值為0.065 Ω cm2。
[0013]實例3
首先按重量份數(shù)計，分別稱量27份聚乙烯醇、7份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、4份磷酸鈉和37份去離子水置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于250W下超聲分散12min，制備得前驅(qū)體溶液，隨后按質(zhì)量比1: 2，將四甲基乙二胺和上述制備的前驅(qū)體溶液攪拌混合，在70°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/5，制備得改性水凝膠，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量27份Ba(NO3)2,23份Co(NO3)2,22份Ni(N03)2、87份質(zhì)量濃度10%氨水溶液和7份EDTA置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于67 0C下水浴加熱Ih;待水浴加熱完成后，對三口燒瓶滴加質(zhì)量濃度12%檸檬酸溶液，待滴加至PH至8.0后，停止滴加并置于70°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/6，隨后收集濃縮液，按質(zhì)量比1:5，將制備的改性水凝膠與濃縮液攪拌混合，制備得混合改性凝膠液，備用;接著選取新鮮豬骨，將其洗凈并晾干，隨后粉碎成豬骨碎塊，收集豬骨碎塊，隨后按質(zhì)量比1:10，將豬骨碎塊與去離子水?dāng)嚢杌旌?，再?02°C下蒸煮27min，隨后過濾收集濾渣，在70°C下干燥7h，得到干燥濾渣;再將上述制備得到的干燥濾渣與制備的混合改性凝膠液按質(zhì)量比1:10攪拌混合，再在250W下超聲分散12min，隨后過濾并收集濾餅，將濾餅置于管式爐中，在125°C下干燥27min，隨后按10°C/min升溫至890°C，保溫煅燒Ih;待保溫煅燒完成后，靜置冷卻至室溫，收集煅燒粉末并置于球磨機(jī)中碾磨3h，收集碾磨粉末，將其置于壓片機(jī)中，在270MPa下壓制成片，隨后將片材置于石棉網(wǎng)上，在990°C下煅燒9h，待煅燒完成后，靜置冷卻至室溫即可制備得一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。
[0014]經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的低膨脹率中溫燃料電池陰極材料熱膨脹系數(shù)為23.0X 10—6IT1，電導(dǎo)率為30Scm—1，在700 °C時，其極化阻抗值為0.071 Ω cm2。
【主權(quán)項】
1.一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)按重量份數(shù)計，分別稱量25?30份聚乙烯醇、5?10份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、3?5份磷酸鈉和35?40份去離子水置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于200?300W下超聲分散10?15min，制備得前驅(qū)體溶液，隨后按質(zhì)量比1:2，將四甲基乙二胺和上述制備的前驅(qū)體溶液攪拌混合，在65?80 V下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/5，制備得改性水凝膠，備用； (2)按重量份數(shù)計，分別稱量25?30份Ba(NO3)2,20?25份Co(NO3)2,20?25份Ni(N03)2、85?90份質(zhì)量濃度10%氨水溶液和5?10份EDTA置于三口燒瓶中，攪拌混合并置于65?80°C下水浴加熱I?2h; (3)待水浴加熱完成后，對三口燒瓶滴加質(zhì)量濃度12%檸檬酸溶液，待滴加至pH至8.0后，停止滴加并置于65?80°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/6，隨后收集濃縮液，按質(zhì)量比1:5，將步驟(I)制備的改性水凝膠與濃縮液攪拌混合，制備得混合改性凝膠液，備用； (4)選取新鮮豬骨，將其洗凈并晾干，隨后粉碎成豬骨碎塊，收集豬骨碎塊，隨后按質(zhì)量比1:10，將豬骨碎塊與去離子水?dāng)嚢杌旌?，再?00?105°C下蒸煮25?30min，隨后過濾收集濾渣，在65?80°C下干燥6?8h，得到干燥濾渣； (5)將上述制備得到的干燥濾渣與步驟(3)制備的混合改性凝膠液按質(zhì)量比1:10攪拌混合，再在200?300W下超聲分散10?15min，隨后過濾并收集濾餅，將濾餅置于管式爐中，在120?150°C下干燥25?30min，隨后按10°C/min升溫至880?900°C，保溫煅燒I?2h; (6)待保溫煅燒完成后，靜置冷卻至室溫，收集煅燒粉末并置于球磨機(jī)中碾磨2?3h，收集碾磨粉末，將其置于壓片機(jī)中，在250?280MPa下壓制成片，隨后將片材置于石棉網(wǎng)上，在980?100tC下煅燒8?10h，待煅燒完成后，靜置冷卻至室溫即可制備得一種低膨脹率中溫燃料電池陰極材料。
【文檔編號】H01M4/88GK106025295SQ201610540693
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】雷春生, 薛培龍, 高玉剛
【申請人】雷春生