[发明专利]一种固体氧化物电池复合纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物电池复合纳米纤维及其制备方法，按照BaGd_0.8La_0.2Co₂O₅（BGLC）和Gd_0.1Ce_0.9O_1.95（GDC）的元素比例将硝酸钡、硝酸钆、硝酸镧、硝酸钴和硝酸铈溶于DMF溶剂中，加入PVP作为有机粘结剂，搅拌均匀后制备成前驱体溶液进行静电纺丝，得到BGLC/GDC复合纳米纤维前驱体；将前驱体纤维进行煅烧，得到BGLC/GDC复合纳米纤维。制备方法具有成本低、流程短、工艺简单、安全可控等特点。制得的复合纳米纤维直径仅为100‑200nm左右，纤维长度达到几十微米。根据BGLC和GDC的配比不同，可获得不同形貌的复合纳米纤维。对实现固体氧化物电池阴极纳米纤维材料开发应用意义重大，在燃料电池电极制备领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于固体氧化物电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种固体氧化物电池复合纳米纤维及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。SOFC能量转换效率更高、燃料适应性更广，可直接使用氢气、甲烷等作为燃料，全固态结构更加安全，对环境更加友好。SOFC的反应动力学都需要高温才能很好进行，在高温下获得足够高的电导率。但是高温会造成热循环的不稳定性，导致阴极材料发生团聚，减少电池的使用寿命。为了在中低温下提升电池性能，采用在中低温下有更大混合离子电子导电性和催化性的材料（MIEC）来降低活化势垒，如BaGd_0.8La_0.2Co₂O₅（BGLC），同时在阴极中引入电解质材料Gd_0.1Ce_0.9O_1.95（GDC），增加三相反应界面，进而有更好的电化学性能。同时还可以对电池阴极的微观结构进行修饰，在阴极中引入一维纳米纤维结构，一维纳米纤维可形成连续的传输路径，且纳米纤维具有很小的纤维直径、较大的比表面积和较大的孔隙率，使得纤维材料具有更多的反应位点，进而提高阴极的反应活性。

但对于复合阴极材料的制备，很多实验需要单独制备粉体并进行机械混合，或者通过浸渍的方法引入第二相，这些方法会导致制备流程比较复杂，耗费时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体氧化物电池复合纳米纤维及其制备方法，利用静电纺丝法一步制备SOFC阴极复合材料，获得BGLC/GDC复合纳米纤维。该方法制备流程短，工艺简单，安全可控，同时制备出的纤维材料具有较大的比表面积和较高的催化活性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固体氧化物电池复合纳米纤维的化学组成为BaGd_0.8La_0.2Co₂O₅/Gd_0.1Ce_0.9O_1.95。

制备方法包括以下步骤：

（1）将硝酸钡、硝酸钆、硝酸镧、硝酸钴和硝酸铈溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌使硝酸盐完全溶解，得到硝酸盐-DMF溶液；

（2）在硝酸盐-DMF溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌直至完全溶解，得到纺丝前驱体溶液；

（3）将纺丝前驱体溶液超声振荡后静置，直至气泡完全排除后进行静电纺丝，得到复合纳米纤维前驱体；

（4）将复合纳米纤维前驱体保温煅烧，得到所述的复合纳米纤维BaGd_0.8La_0.2Co₂O₅/Gd_0.1Ce_0.9O_1.95。