[發明專利]固體氧化物燃料電池用鈦酸鍶基材料的合成方法

有效

• 申請號: 201711288708.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108054394B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 孫旺;孫克寧;徐春明;王振華;任戎征
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫;譚輝

本發明公開了一種固體氧化物燃料電池用La_xSr_1?xTi_1?yMn_yO₃(x＝0.1～0.6，y＝0.1～0.6)材料的合成方法，采用N,N?二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，以鈦酸四丁酯為鈦源，以醋酸錳為錳源，工藝簡單，所制備粉體粒徑分布均勻，在50nm以下。本發明方法所制備粉體適合固體氧化物燃料電池陽極材料及連接體材料的實驗室合成及工業生產。

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，具體涉及一種適于固體氧化物燃料電池用鈦酸鍶基材料的合成方法。

背景技術

隨著全球人口迅速增長，工業化進程加劇，各國對能源的消耗越來越大，為此尋求能量轉換效率高和環境友好的新能源技術已成為當今世界發展的重要方向，其中固體氧化物燃料電池是一種最有潛力的能源技術。固體氧化物燃料電池是一種將存儲在燃料與氧化劑中的化學能直接轉化成電能的發電裝置。具有：轉化效率高、無噪音、低排放、組裝靈活、環境友好等優點。

由于固體氧化物燃料電池的傳統陽極材料Ni/YSZ在催化碳氫燃料時會出現嚴重的碳沉積和硫中毒現象，長時間工作還會出現Ni燒結等問題，使Ni失去催化活性，從而導致電極性能的衰減。為了實現碳氫燃料催化氧化的穩定進行，需要尋找新的陽極替代材料。鈦酸鍶(SrTiO₃)基材料是一種典型的ABO₃型鈣鈦礦復合氧化物，由于其具有混合離子-電子電導且對碳氫燃料有良好的催化性能、良好的抗碳沉積和抗硫中毒性能，因此被認為具有作為新型固體氧化物燃料電池陽極材料的應用價值。此外，由于鈦酸鍶基材料的電常數高，損耗低、熱穩定性好等優點，使之同時也是有前途的固體氧化物燃料電池連接體材料。

然而，采用傳統的固相法合成鈦酸鍶基材料時，不但能耗較大，而且存在所合成的顆粒較粗的問題，導致其商業產品價格居高不下。中國專利公開號CN102617139A公開了一種鈦酸鍶鑭基粉體材料的制備方法，采用檸檬酸-硝酸鹽自燃法，以檸檬酸為絡合劑以及還原劑，硝酸為氧化劑，通過原位引入助燒劑硝酸銨，同金屬硝酸鹽溶于去離子水中，再加入鈦酸四丁酯的檸檬酸溶液形成均勻透明的溶液，在水浴加熱除去多余水分，形成均勻溶膠，然后將溶膠于馬弗爐內加熱直至自燃形成非常蓬松的前驅體粉末。然后研磨，再于電爐中煅燒得到單一鈦酸鍶鑭基粉體。但是，上述檸檬酸-硝酸鹽自燃法合成過程復雜，而且采用鈦酸四丁酯為鈦源時需要解決鈦酸四丁酯與水反應析出含鈦沉淀的問題。

因此，存在開發更加簡單高效地合成固體氧化物燃料電池用鈦酸鍶基材料的需求。

發明內容

本發明目的在于提供一種固體氧化物燃料電池用鈦酸鍶基材料的合成方法，其克服了現有技術的缺陷，其簡單易行，能耗低，并且合成的鈦酸鍶基材料顆粒較細，價格低廉。

本發明是通過以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑、以鈦酸四丁酯為鈦源、以醋酸錳為錳源來合成鈦酸鍶基材料，確保合成的粉體粒徑分布均勻。

本發明提供了一種固體氧化物燃料電池用鈦酸鍶基材料的合成方法，所述鈦酸鍶基材料的化學式為La_xSr_1-xTi_1-yMn_yO₃(x＝0.1～0.6，y＝0.1～0.6)，以化學計量比的鑭鹽、鍶鹽、鈦酸四丁酯和醋酸錳為原料，將鈦酸四丁酯加入DMF溶劑中常溫攪拌并緩慢加入檸檬酸至溶液澄清，然后向其中加入緩慢加入鑭鹽、鍶鹽和醋酸錳，水浴加熱攪拌，至形成黃色奶酪或黃色粥狀產品，將黃色奶酪或黃色粥狀產品移至250～300℃烘箱中，待燃燒成灰黑色固體后取出，經研磨成粉后進行燒結。

在本發明的一種實施方式中，所述鑭鹽為硝酸鑭，所述鍶鹽為硝酸鍶。