[发明专利]用于固体氧化物电解池阴极的钙钛矿粉体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于固体氧化物电解池阴极的钙钛矿粉体材料的制备方法，属于新材 料和能源技术领域。

背景技术

钙钛矿材料独特的晶体结构导致其具有各种优良的性能，像介电性、铁电性、高催化 活性、高温超导性、独特的电磁性能等等。上世纪末钙钛矿材料以优良的电化学性能的发 现被科学界广泛重视，钙钛矿用于电极材料具有抗积碳、高催化活性、结构稳定、氧化还 原稳定等等优点。21世纪前后钙钛矿材料开始广泛应用于电池的电极材料。双钙钛矿材 料最初是以巨磁阻效应的发现被予以关注的，后来发现其在电化学性能方面表现较钙钛矿 更为突出，因此开始了其应用于电极材料的广泛研究。研究表明，采用超细的电极粉体材 料有利于提高整个电池的电化学性能。

传统的合成钙钛矿粉体的方法主要有固相反应法、共沉淀法、水热合成法、溶胶-凝 胶法，各有优缺点。本实验采用柠檬酸溶胶凝胶燃烧合成法制备双钙钛矿氧化物 Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ(M为Sc、Mn、Ni、Co等)系列粉体材料。该方法具备如下优点：① 反应组分可以在分子、离子级别上均匀混合；②可制备出粒径在数十纳米范围内的钙钛 矿型超细粉体，且粉体的粒度分布均匀；③成相温度低；④设备简单、工艺简单、成本 低。

发明内容

本发明涉及一种用于固体氧化物电解池阴极的钙钛矿粉体材料的制备方法，将其应用 于固体氧化物电解电池(SOEC)阴极，并降低生产成本、简化工艺过程。

本发明提出的用于固体氧化物电解池阴极的钙钛矿粉体材料的制备方法，包括以下步 骤：

(1)原料：

硝酸钪、硝酸锰、硝酸镍或硝酸钴中的任一种，

硝酸锶，

硝酸铁，

钼酸铵，

柠檬酸；

(2)按分子式Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ中各金属元素摩尔配比(Sr∶Fe∶M∶Mo＝2∶(1-x)∶ x∶1)，分别计算称量所需金属硝酸盐、钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)，具体摩尔比如下：

硝酸锶∶Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ＝2∶1，硝酸铁∶Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ＝(1-x)∶1，硝酸钪、硝酸锰、 硝酸镍或硝酸钴中的任何一种：Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ＝x∶1，钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)∶ Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ＝(1/7)∶1，柠檬酸∶Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ＝(6～10)∶1，按摩尔比称量助燃剂 NH₄NO₃：硝酸铵∶Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ＝(25～50)∶3；

(3)将上述称量的柠檬酸溶于去离子水中，形成柠檬酸过饱和溶液；

(4)将上述称量的所有硝酸盐连同助燃剂加入到上述柠檬酸饱和溶液中，加入适量 去离子水，搅拌形成棕红色混合溶液；

(5)将上述称量的钼酸铵溶于去离子水，形成澄清透明溶液后，加入到上述棕红色 混合溶液中，搅拌均匀；

(6)用氨水调节上述混合溶液的pH值至2-4，置于水浴环境下加热蒸发多余水分 形成粘稠状凝胶；

(7)将凝胶在密闭环境下加热至150-200℃，直至燃烧，冷却后收集燃烧产物，研 磨，得到粉体。