[發(fā)明專利]固體氧化物燃料電池納米復合纖維陰極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210154763.2
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102646836A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 李強;王海龍;趙輝;霍麗華;高山
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池納米復合纖維陰極材料及其制備方法。

背景技術

中溫(500-800℃)固體氧化物燃料電池作為一種新型能源轉換裝置，因其高效、潔凈等方面的優(yōu)點正日益受到各國廣泛的重視。傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池由于其運行溫度(1000℃左右)較高而導致了其穩(wěn)定性差和壽命短的問題。電池操作溫度的降低會引起電極性能的迅速下降，而陰極材料的性能直接影響到整個電池系統(tǒng)的好壞。

現(xiàn)有的固體氧化物燃料電池的陰極材料存在化學穩(wěn)定性差、電極極化電阻和過電位高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有陰極材料化學穩(wěn)定性差、電極極化電阻和過電位高的問題，提供固體氧化物燃料電池納米復合纖維陰極材料及其制備方法。

本發(fā)明固體氧化物燃料電池納米復合纖維陰極材料由混合導體陰極材料Ln_2-xM_xNiO₄和電子導體Ag制成，化學式為Ln_2-xM_xNiO₄-yAg；其中y為Ag在復合纖維陰極材料中的質量百分比含量，1％≤y≤10％；所述混合導體陰極材料Ln_2-xM_xNiO₄中Ln表示稀土元素，為La、Pr、Sm或Eu，M表示堿金屬元素，為Ca、Sr或Ba，其中0.1≤x≤1.0。

上述固體氧化物燃料電池納米復合纖維陰極材料的制備方法，按以下步驟進行：一、將聚乙烯基吡咯烷酮溶解于無水乙醇后于20～80r/min的速度攪拌5～10小時，然后靜置6～12小時，得到質量濃度為10％～20％的聚乙烯基吡咯烷酮乙醇溶液；二、將0.1～0.5g聚乙烯基吡咯烷酮和0.04～0.12g?AgNO₃溶解于3～10mL無水乙醇，然后于20～80r/min的速度攪拌1～3小時，然后靜置1～3小時，得到黃色的AgNO₃溶膠；三、依照化學式Ln_2-xM_xNiO₄，按Ln元素、M元素和Ni元素的摩爾比為(2-x)∶x∶1的比例分別稱取Ln(NO₃)₃、M(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂，然后將Ln(NO₃)₃、M(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂溶解于去離子水中，得到硝酸鹽溶液；四、將步驟二獲得的AgNO₃溶膠與步驟三獲得的硝酸鹽溶液混合，得混合溶液，將混合溶液與步驟一得到的聚乙烯基吡咯烷酮乙醇溶液按質量比2～6∶1混合，然后以30～80r/min的速度攪拌5～10小時，然后靜置5～10小時，得到復合纖維紡絲溶膠；五、將復合纖維紡絲溶膠裝入針孔直徑為0.5～1.5mm的注射器中，在注射泵流速為5mL/h、電壓為10～30千伏且注射器針頭尖端與接收鋁箔滾筒距離為25cm的條件下紡絲5～10小時，得到無機-有機前驅體復合纖維；六、將無機-有機前驅體復合纖維于80～100℃烘干8～12h，然后放在三氧化二鋁瓷舟內(nèi)，在馬弗爐內(nèi)按照1℃/min的速度升溫至300～500℃，然后在300～500℃下燒結2～5小時，然后再按照2℃/min的速度升溫至700～900℃，在700～900℃下燒結10～12小時，既得到納米復合纖維陰極材料Ln_2-xM_xNiO₄-yAg；其中步驟三的化學式Ln_2-xM_xNiO₄中Ln表示稀土元素，為La、Pr、Sm或Eu，M表示堿金屬元素，為Ca、Sr或Ba，0.1≤x≤1.0；步驟三中Ln(NO₃)₃、M(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂的總質量為硝酸鹽溶液質量的3％～15％；步驟四中AgNO₃溶膠的質量為混合溶液質量的3％～10％。