[发明专利]一种Sr2MgMoO6型电池阳极材料致密化方法

说明书

技术领域

本发明属燃料电池领域，具体涉及一种双钙钛矿型(A₂BB′O₆)固体氧化物燃料电池阳极材料Sr₂MgMoO₆的制备方法，特别是对该材料致密化的研究。

背景技术

2006年美国《科学》杂志(Y.H.Huang，I.D.Ronald，Z.L.Xing et al.Science，2006，312：254)上报道了一种B位有序的Sr₂MgMoO₆固体氧化物燃料电池阳极材料，它是一种双钙钛矿结构的混合导体，其氧离子电导和电子电导都比较高，并且有很好的抗硫中毒和抗碳沉积能力，燃气的电化学反应发生在整个电极/气体相界面上，而不局限于三相界面，这大大降低了电池的极化电阻。Sr₂MgMoO₆是一种非常有发展前途的SOFC新型阳极材料。但是，Sr₂MgMoO₆的制备工艺复杂，由于在还原气氛下MoO₃容易转变为MoO₂，MoO₂在较低的温度易发生分解产生气体，导致最终材料很难致密，其本征的电导性能和掺杂元素的作用机理就难以表征。另一方面，虽然在电池中要求阳极材料具有一定的孔隙度，但电极的颗粒之间也需要紧密结合以保证良好的电极结构稳定性，形成电子离子的传输网络。同时，阳极材料良好的烧结特性有利于其与电解质材料的紧密结合，降低电池的界面电阻，提高电池工作特性。

根据文献D.Marrero-Lopez，J.Pena-Martinez，J.C.Ruiz-Morales，et al.Synthesis，phase stability and electrical conductivity of Sr2MgMoO_6-δanode，Materials Research Bulletin，2008(43)：2441-1450报道：在还原气氛下材料很难致密，存在大量的连通孔。在空气气氛中烧结的材料具有相对较好的致密度，但电导率又较低，仅为3×10^-3S/cm。为了使得材料具有好的致密度，并且保持较高的电导率，我们采用氧化还原两步法进行烧结。

发明内容

本发明的目的在于通过氧化还原两步法提高Sr₂MgMoO₆材料的致密度，在保证阳极材料颗粒之间以及阳极材料与电解质材料良好结合的同时，保证材料配料组分的准确性，并且可以提高该材料电导率。

一种Sr₂MgMoO₆型电池阳极材料的致密化方法，其特征在于：

步骤a、向均匀的Sr₂MgMoO_6-δ粉末加入粉末质量分数的1-10％PVA溶液，混合均匀后在钢铸模具中干压成型，其中0≤δ≤1，将成型的材料放入坩埚，坩埚底部铺上一层MoO₃粉体，在1300-1600℃下、空气气氛中烧结5-12h，得到具有一定强度的Sr₂MgMoO₆材料；

步骤b、将具有一定强度的Sr₂MgMoO₆材料在800-1500℃下的H₂与Ar的混合气氛中还原10-30h，其中H₂的体积百分含量为2-10％，得到致密的Sr₂MgMoO₆材料，用于材料结构表征和电性能测试。

本发明是通过在坩埚中加入MoO₃粉体，从而在加热的过程中产生MoO₃蒸汽压，防止样品中Mo高温下的缺失，保证材料化学组分的一致性。首先在氧化气氛下烧结，使材料中各组分形成固溶体，并初步致密化，然后将所得的固溶体材料在还原气氛下还原，由于在还原过程中会产生失氧，从而产生氧空位，材料发生晶格膨胀，进一步使得材料致密。同时，氧空位的产生还提高了材料的离子电导和电子电导。

附图说明

图1为本发明合成的Sr₂MgMoO_6-δ(0≤δ≤1)，合成温度为空气气氛1500℃，保温10h的扫面电镜图