[发明专利]一种静电纺丝耦合浸渍法制备纳米复合阴极材料的方法

说明书

本发明提供了一种静电纺丝耦合浸渍法制备纳米复合阴极材料的方法，具体涉及了一种静电纺丝耦合浸渍法制备质子导体固体氧化物燃料电池纳米复合阴极材料的方法，属能源材料技术领域。该制备方法首先配制包括金属盐混合物、N，N‑二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮的混合纺丝溶液，然后利用静电纺丝技术将以上混合溶液进行纺丝制备纺丝物，再将纺丝物放入箱式炉中煅烧，获得BCFZYO纳米纤维；然后通过原位浸渍法，使得BCFZYO纳米纤维表面产生纳米颗粒GCO，从而得到纳米复合阴极材料GCO‑BCFZYO。本发明得到的纳米复合阴极材料GCO‑BCFZYO具有更高的电催化活性和比表面积，具有更多的电化学反应活性点，加速了阴极反应动力学，有效降低了质子导体固体氧化物燃料电池阴极的极化电阻。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，涉及一种静电纺丝耦合浸渍法制备纳米复合阴极材料的方法。

背景技术

能源短缺与环境污染是人类社会快速发展所面临的重要挑战。质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFC)作为一种将化学能转化为电能的全固态发电装置，具有绿色环保、高能效及燃料适用性强等优点，受到国内外广泛关注。相比于氧离子固体氧化物燃料电池(O-SOFC)，H-SOFC因为其电解质具有较高的质子电导率和较低的质子传导活化能而能在中低温区间(700-500℃)工作，进而提高电池寿命和节约成本。但是，随着操作温度的降低，阴极的反应动力学更为迟滞，导致阴极极化阻抗的升高。目前，低活性的阴极材料已成为制约H-SOFC商业化应用的关键问题。

研究发现，具有电子-质子-氧离子三相传导的BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3-δ。 (BCFZYO)材料，作为H-SOFC阴极表现出良好的电化学性能。然而，传统的固相法制备的BCFZYO材料，电极颗粒大，比表面小，反应活性位点少。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种静电纺丝耦合浸渍法制备纳米复合阴极材料的方法。

一种静电纺丝耦合浸渍法制备纳米复合阴极材料的方法，主要包括以下步骤：

S1：将金属盐混合物和高分子聚合物溶解于有机溶剂中，得到纺丝液，其中所述金属盐混合物：N，N-二甲基甲酰胺：聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1∶8∶1；通过静电纺丝方法制备复合纤维，将其放入高温炉中进行煅烧处理得到BCFZYO 纳米纤维粉体；

S2：将Gd(NO₃)₃·xH₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O、、甘氨酸和无水乙醇一起溶于去离子水中，得到混合溶液，将混合溶液放在磁力搅拌机上搅拌均匀，得到GCO 溶液，其中，以质量比计，Gd(NO₃)₃·xH₂O∶Ce(NO3)₃·6H₂O∶甘氨酸＝1∶5.06∶0.729，去离子水：无水乙醇的体积比为1∶1；将S1所述BCFZYO纳米纤维粉体第一次浸渍在所述GCO溶液中，待其完全湿润后取出，放入烘箱中进行干燥处理，为了使GCO颗粒能更好的负载在阴极材料上，将干燥处理后得到的BCFZYO纳米纤维第二次浸渍在所述GCO溶液中，待其第二次完全湿润后再一次取出，放入烘箱中进行第二次干燥处理，将第二次干燥处理后的BCFZYO纳米纤维第三次浸渍在所述GCO溶液中，待其第三次完全湿润后取出，放入烘箱中进行第三次干燥处理，得到具有GCO浸渍膜的BCFZYO纳米纤维材料；

S3：将S2中得到的具有GCO浸渍膜的BCFZYO纳米纤维材料置于高温炉中，以3℃/min的升温速率升温至600℃时恒温煅烧1h，煅烧处理后得到纳米复合阴极材料GCO-BCFZYO。

进一步地，S1中所述BCFZYO纳米纤维的制备方法具体如下：