[发明专利]固体氧化物燃料电池纳米复合纤维阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池纳米复合纤维阴极材料及其制备方法。

背景技术

中温(500-800℃)固体氧化物燃料电池作为一种新型能源转换装置，因其高效、洁净等方面的优点正日益受到各国广泛的重视。传统的固体氧化物燃料电池由于其运行温度(1000℃左右)较高而导致了其稳定性差和寿命短的问题。电池操作温度的降低会引起电极性能的迅速下降，而阴极材料的性能直接影响到整个电池系统的好坏。

现有的固体氧化物燃料电池的阴极材料存在化学稳定性差、电极极化电阻和过电位高的问题。

发明内容

本发明是要解决现有阴极材料化学稳定性差、电极极化电阻和过电位高的问题，提供固体氧化物燃料电池纳米复合纤维阴极材料及其制备方法。

本发明固体氧化物燃料电池纳米复合纤维阴极材料由混合导体阴极材料Ln_2-xM_xNiO₄和电子导体Ag制成，化学式为Ln_2-xM_xNiO₄-yAg；其中y为Ag在复合纤维阴极材料中的质量百分比含量，1％≤y≤10％；所述混合导体阴极材料Ln_2-xM_xNiO₄中Ln表示稀土元素，为La、Pr、Sm或Eu，M表示碱金属元素，为Ca、Sr或Ba，其中0.1≤x≤1.0。

上述固体氧化物燃料电池纳米复合纤维阴极材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将聚乙烯基吡咯烷酮溶解于无水乙醇后于20～80r/min的速度搅拌5～10小时，然后静置6～12小时，得到质量浓度为10％～20％的聚乙烯基吡咯烷酮乙醇溶液；二、将0.1～0.5g聚乙烯基吡咯烷酮和0.04～0.12g AgNO₃溶解于3～10mL无水乙醇，然后于20～80r/min的速度搅拌1～3小时，然后静置1～3小时，得到黄色的AgNO₃溶胶；三、依照化学式Ln_2-xM_xNiO₄，按Ln元素、M元素和Ni元素的摩尔比为(2-x)∶x∶1的比例分别称取Ln(NO₃)₃、M(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂，然后将Ln(NO₃)₃、M(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂溶解于去离子水中，得到硝酸盐溶液；四、将步骤二获得的AgNO₃溶胶与步骤三获得的硝酸盐溶液混合，得混合溶液，将混合溶液与步骤一得到的聚乙烯基吡咯烷酮乙醇溶液按质量比2～6∶1混合，然后以30～80r/min的速度搅拌5～10小时，然后静置5～10小时，得到复合纤维纺丝溶胶；五、将复合纤维纺丝溶胶装入针孔直径为0.5～1.5mm的注射器中，在注射泵流速为5mL/h、电压为10～30千伏且注射器针头尖端与接收铝箔滚筒距离为25cm的条件下纺丝5～10小时，得到无机-有机前驱体复合纤维；六、将无机-有机前驱体复合纤维于80～100℃烘干8～12h，然后放在三氧化二铝瓷舟内，在马弗炉内按照1℃/min的速度升温至300～500℃，然后在300～500℃下烧结2～5小时，然后再按照2℃/min的速度升温至700～900℃，在700～900℃下烧结10～12小时，既得到纳米复合纤维阴极材料Ln_2-xM_xNiO₄-yAg；其中步骤三的化学式Ln_2-xM_xNiO₄中Ln表示稀土元素，为La、Pr、Sm或Eu，M表示碱金属元素，为Ca、Sr或Ba，0.1≤x≤1.0；步骤三中Ln(NO₃)₃、M(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂的总质量为硝酸盐溶液质量的3％～15％；步骤四中AgNO₃溶胶的质量为混合溶液质量的3％～10％。