[發明專利]一維納米纖維基Ni-GDC復合陽極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310533941.7
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103531823A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 熊岳平;李棟;曲紅麗;樊麗權;王宇威;于超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及一種中低溫固體氧化物燃料電池陽極材料及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池（SOFC）作為一種有別于傳統能源的能量轉化方式，正在逐漸受到各國的重視。陽極是燃料電池電路系統中不可缺少的重要組成部分，SOFC通過陽極提供燃料氣體。陽極材料的選擇、微觀結構的設計直接影響SOFC的工作特性，因此研究高性能陽極就顯得尤為重要。陽極的性能主要體現在三相界面的大小，即為燃料極-電解質-燃料的接觸位置，三相界面（電解質-燃料-陽極組成的界面區域）越大，電極反應位置越多，理論上電極性能就會越高。

到目前為止，當使用氫氣做燃料時，Ni-GDC（GDC為氧化釓摻雜氧化鈰）復合材料是最廣為被使用的陽極材料之一，它存在很多優點：具有較高的電子傳導性；合理的離子傳導性；對氫氧化具有較好的催化活性。然而，當使用碳基燃料時，Ni-GDC復合陽極存在很多缺點，Ni-GDC復合陽極容易發生硫毒化而使Ni出現不可避免的團聚現象，并且可以催化生成碳纖維產生碳沉積，使陽極發生性能衰減，從而影響電極工作。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的鎳基陽極在使用碳基燃料時，電池高溫工作條件下會發生鎳團聚現象致使陽極性能發生衰減的問題，而提供一維納米纖維基Ni-GDC復合陽極材料及其制備方法。

本發明的一維納米纖維基Ni-GDC復合陽極材料是在GDC納米纖維表面粘附著Ni納米顆粒；其中GDC的化學式為Ce_0.8Gd_0.2O_1.9。

本發明的一維納米纖維基Ni-GDC復合陽極材料是采用靜電紡絲技術制備GDC納米纖維，再以化學鍍的方式將Ni鍍覆在GDC納米纖維表面，經燒結后制得一維納米纖維基NiO-GDC陽極材料。GDC納米纖維表面粘附著Ni納米顆粒，Ni顆粒呈現出連續且不均勻的分布形式，Ni顆粒鍍層與陶瓷間具有較好的結合性，限制了Ni顆粒移動，有效降低了Ni顆粒的團聚程度，避免了三相界面減小的現象，從而達到改善陽極電化學性能的目的，同時這種Ni顆粒在GDC納米纖維呈現連續不均勻分布的獨特的結構，使Ni-GDC復合陽極可有效地避免碳沉積、硫中毒，抑制鎳團聚。

上述的一維納米纖維基Ni-GDC復合陽極材料的制備方法按以下步驟進行：

一、依照化學式Ce_0.8Gd_0.2O_1.9，按Ce元素、Gd元素摩爾比為4﹕1的比例分別稱取硝酸鈰、硝酸釓，然后將硝酸鈰、硝酸釓加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在室溫下磁力攪拌至硝酸鈰、硝酸釓完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮攪拌，得到靜電紡絲前驅液，再進行靜電紡絲，得到納米纖維；

所述靜電紡絲前驅液中硝酸鈰、硝酸釓總的質量濃度為6～22%，聚乙烯吡咯烷酮的質量濃度為8～12%；

二、將納米纖維以2～5℃/min的升溫速率升溫至280～300℃時恒溫燒結2～3h,然后繼續以2～5℃/min的升溫速率升溫至500～1000℃，并且恒溫燒結2～3h，得到一維納米纖維狀GDC材料；

三、將步驟二得到的一維納米纖維狀GDC材料加入到化學鍍鎳溶液中進行化學鍍鎳，得到表面覆Ni的一維納米纖維狀GDC材料；

四、將步驟三得到的表面覆Ni的一維納米纖維狀GDC材料以2℃/min～5℃/min的升溫速率升溫至1200～1400℃，保溫2h，再以2℃/min～5℃/min降溫速率降至室溫，得到一維納米纖維基Ni-GDC復合陽極材料。

其中步驟三中所述的化學鍍鎳溶液是按硫酸鎳的濃度為20～25g/L，EDTA二鈉的濃度為10～15g/L，酒石酸鈉的濃度為20～25g/L，質量濃度為80%的水合肼的濃度為80～100ml/L，穩定劑的濃度為0.01～0.04g/L將硫酸鎳、EDTA二鈉、酒石酸鈉、質量濃度為80%的水合肼、穩定劑加入到水中，再用氫氧化鈉調節溶液的pH值為13.65以上得到的，其中穩定劑為鉬酸銨或硫脲。

步驟三中所述的化學鍍鎳的鍍覆溫度93～95℃，鍍覆時間為45～50min。