[发明专利]具有石榴果实结构的固体氧化物燃料电池阴极材料及制备在审

专利信息
申请号: 201410747199.4 申请日: 2014-12-08
公开(公告)号: CN105742646A 公开(公告)日: 2016-07-06
发明(设计)人: 程谟杰;张小敏 申请(专利权)人: 中国科学院大连化学物理研究所
主分类号: H01M4/86 分类号: H01M4/86;H01M4/88
代理公司: 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 代理人: 马驰
地址: 116023 *** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 具有 石榴 果实 结构 固体 氧化物 燃料电池 阴极 材料 制备
【权利要求书】:

1.具有石榴果实结构的固体氧化物燃料电池阴极材料,具体为LSCF-GDC&YSZ纳米复合阴极:LSCF-GDC为纳米复合颗粒,其组成为La1-xSrxCoyFe1-yO3-GdzCe1-zO2-0.5z,其中x=0.1~0.4,y=0.2~0.8,z=0.1~0.3;YSZ为多孔骨架,其组成为Y0.15Zr0.85O1.93或Y0.06Zr0.94O1.94;LSCF-GDC纳米复合颗粒中LSCF:GDC=40:60~60:40(质量比);LSCF-GDC&YSZ纳米复合阴极中LSCF-GDC:YSZ=50:50~70:30(质量比);纳米复合颗粒填充于多孔骨架的孔道内。

2.根据权利要求1所述阴极材料,其特征在于:从整体上看,以纳米复合颗粒为籽,以YSZ多孔骨架为隔膜,籽附着于隔膜上,形成去皮后的石榴果实结构,其中LSCF-GDC纳米复合颗粒如石榴籽般层层叠叠附着在YSZ“隔膜”上。

3.根据权利要求1所述阴极材料,其特征在于:

LSCF-GDC&YSZ纳米复合阴极的组成优选La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-Gd0.2Ce0.8O1.9&Y0.15Zr0.85O1.93;优选LSCF:GDC=50:50(质量比);优选LSCF-GDC:YSZ=60:40(质量比)。

4.根据权利要求1所述,LSCF-GDC&YSZ纳米复合阴极的具体制备方法如下:

1)首先制备YSZ骨架:将YSZ材料与正丁醇、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、鱼油、造孔剂和粘结剂超声混合均匀后,涂覆在阳极电解质膜二合一组件的电解质膜表面,高温烧结得到多孔的YSZ骨架“隔膜”;

YSZ材料与正丁醇、PVB、鱼油、造孔剂和粘结剂的用量为(质量比),17.3:40.6:17.3:0.6:17.3:6.9或11.0:51.2:22.0:0.4:11.0:4.4;

2)制备原驱体溶液:首先按照化学计量比称取Gd2O3溶于稀硝酸(摩尔浓度为10~1mol/L)中,其中HNO3的摩尔量为Gd3+的6~9倍,60-80℃加热搅拌完全溶解后,依次加入Ce、La、Sr、Co、Fe、Zr金属离子的硝酸盐,完全溶解后加入络合剂柠檬酸铵,调节体系的pH为1~2或7~9使柠檬酸铵完全溶解,60-80℃热络合2~3h后;

3)将步骤2)中所配置的原驱体溶液真空浸渍到步骤1)中制备的YSZ骨架中,然后在400~500℃烧结1-3小时,分解硝酸盐并除去浸渍液中的有机物;

4)重复步骤3)的浸渍和烧结过程2-10次直到达到所需要的浸渍量后,最后在600~800℃烧结1~2h,于阳极电解质膜二合一组件的电解质膜表面得到LSCF-GDC&YSZ纳米复合阴极。

5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:

所述步骤1)中,制备YSZ骨架时所用造孔剂为石墨、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或二种以上的混合物;粘结剂为6%(质量比)的乙基纤维素溶液,溶剂为松油醇;高温烧结为程序升温烧制,程序升温烧制YSZ骨架时,从室温至400℃的升温速率为0.5-1℃/min,从400℃至800℃的升温速率为2-5℃/min,从800℃到烧结温度的升温速率为1-2℃/min;YSZ骨架的烧结温度为1100~1300℃,优选1180℃;烧结时间1-4小时;多孔的YSZ骨架厚度约10-50微米。

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