[发明专利]一种抗积碳固体氧化物燃料电池阳极及其制备方法

摘要

本发明公开了一种抗积碳固体氧化物燃料电池阳极及其制备方法，是在具有微米尺度微观结构的镍铜合金‑掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极基础上，引入具有电催化活性和高抗积碳性能的铜镍合金纳米点。铜镍合金纳米点的引入采用金属离子‑尿素混合溶液浸渍及还原气氛下二阶热处理的方法，在多孔金属陶瓷骨架的微米尺度孔道中选择性地在镍铜合金颗粒表面形成活性铜镍合金纳米点。本发明的微米/纳米复合结构化的阳极具有合适的燃料气体扩散通道，更丰富的三相界面，以及抑制积碳形成的纳米结构修饰化内孔表面，因此具有对碳氢气体的电催化活性高，抗积碳能力强等优点，适于直接碳氢燃料操作。

主权项

1.一种抗积碳固体氧化物燃料电池阳极的制备方法，其包括如下步骤：S1. 配制镍离子或镍离子与铜离子的硝酸盐溶液，然后将氨基乙酸或者硬脂酸加入到硝酸盐溶液中，搅拌均匀加热浓缩直至得到粉末，然后500~800℃高温下煅烧0.5~8h得到灰色氧化镍粉末或者棕黄色铜掺杂氧化镍粉末；S2. 将硝酸铈和硝酸钐或氧化钆溶于去离子水配成硝酸盐溶液，然后将氨基乙酸或者硬脂酸加入到硝酸盐溶液中，搅拌均匀加热浓缩直至得到粉末，最后在500~800℃高温下煅烧0.5~8h得到淡黄色的钐掺杂氧化铈或钆掺杂氧化铈粉末；S3. 将S1和S2制得的粉末按照5:5~8:2的比例混合球磨，然后于50~80℃真空干燥得到混合粉末；S4. 将S3制得的混合粉末与粒径为0.5~3.0μm的聚苯乙烯单分散微球按照7:3~9:1的比例于酒精或者丙酮介质中超声混合，然后真空干燥；S5. 将S4得到的粉末装入不锈钢模具中，以100~500MPa的压力压制得素片，随后于1000~1300℃下烧结，随炉冷却后于500~900℃下在氢气气氛中还原2~8h得到微米尺度微观结构的镍‑掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架或者镍铜合金‑掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架；S6. 将硝酸镍、硝酸铜和尿素溶于去离子水中制得溶液，其中镍铜离子的摩尔比例为1:1~4:1，在真空条件下将上述溶液灌注到放有S5制备得到的多孔金属陶瓷阳极骨架的容器中，静置0.5~3h后，将金属陶瓷取出后77~100℃下保温，然后在氢气气氛中于350~450℃热处理1~4h，即在骨架孔道的镍或镍铜合金颗粒表面形成均匀分布的铜镍合金纳米点，最后将热处理温度升至600~900℃并保温1~4h，铜镍合金纳米点与骨架中的镍基相合金化，即活化，从而形成具有电催化活性的富铜纳米结构，上述过程重复2‑4次，最终得到微米/纳米复合结构化高电催化活性抗积碳固体氧化物燃料电池阳极。