[发明专利]固体氧化物燃料电池用钛酸锶基材料的合成方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池用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)为溶剂，以钛酸四丁酯为钛源，以醋酸锰为锰源，工艺简单，所制备粉体粒径分布均匀，在50nm以下。本发明方法所制备粉体适合固体氧化物燃料电池阳极材料及连接体材料的实验室合成及工业生产。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种适于固体氧化物燃料电池用钛酸锶基材料的合成方法。

背景技术

随着全球人口迅速增长，工业化进程加剧，各国对能源的消耗越来越大，为此寻求能量转换效率高和环境友好的新能源技术已成为当今世界发展的重要方向，其中固体氧化物燃料电池是一种最有潜力的能源技术。固体氧化物燃料电池是一种将存储在燃料与氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置。具有：转化效率高、无噪音、低排放、组装灵活、环境友好等优点。

由于固体氧化物燃料电池的传统阳极材料Ni/YSZ在催化碳氢燃料时会出现严重的碳沉积和硫中毒现象，长时间工作还会出现Ni烧结等问题，使Ni失去催化活性，从而导致电极性能的衰减。为了实现碳氢燃料催化氧化的稳定进行，需要寻找新的阳极替代材料。钛酸锶(SrTiO₃)基材料是一种典型的ABO₃型钙钛矿复合氧化物，由于其具有混合离子-电子电导且对碳氢燃料有良好的催化性能、良好的抗碳沉积和抗硫中毒性能，因此被认为具有作为新型固体氧化物燃料电池阳极材料的应用价值。此外，由于钛酸锶基材料的电常数高，损耗低、热稳定性好等优点，使之同时也是有前途的固体氧化物燃料电池连接体材料。

然而，采用传统的固相法合成钛酸锶基材料时，不但能耗较大，而且存在所合成的颗粒较粗的问题，导致其商业产品价格居高不下。中国专利公开号CN102617139A公开了一种钛酸锶镧基粉体材料的制备方法，采用柠檬酸-硝酸盐自燃法，以柠檬酸为络合剂以及还原剂，硝酸为氧化剂，通过原位引入助烧剂硝酸铵，同金属硝酸盐溶于去离子水中，再加入钛酸四丁酯的柠檬酸溶液形成均匀透明的溶液，在水浴加热除去多余水分，形成均匀溶胶，然后将溶胶于马弗炉内加热直至自燃形成非常蓬松的前驱体粉末。然后研磨，再于电炉中煅烧得到单一钛酸锶镧基粉体。但是，上述柠檬酸-硝酸盐自燃法合成过程复杂，而且采用钛酸四丁酯为钛源时需要解决钛酸四丁酯与水反应析出含钛沉淀的问题。

因此，存在开发更加简单高效地合成固体氧化物燃料电池用钛酸锶基材料的需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种固体氧化物燃料电池用钛酸锶基材料的合成方法，其克服了现有技术的缺陷，其简单易行，能耗低，并且合成的钛酸锶基材料颗粒较细，价格低廉。

本发明是通过以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂、以钛酸四丁酯为钛源、以醋酸锰为锰源来合成钛酸锶基材料，确保合成的粉体粒径分布均匀。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池用钛酸锶基材料的合成方法，所述钛酸锶基材料的化学式为La_xSr_1-xTi_1-yMn_yO₃(x＝0.1～0.6，y＝0.1～0.6)，以化学计量比的镧盐、锶盐、钛酸四丁酯和醋酸锰为原料，将钛酸四丁酯加入DMF溶剂中常温搅拌并缓慢加入柠檬酸至溶液澄清，然后向其中加入缓慢加入镧盐、锶盐和醋酸锰，水浴加热搅拌，至形成黄色奶酪或黄色粥状产品，将黄色奶酪或黄色粥状产品移至250～300℃烘箱中，待燃烧成灰黑色固体后取出，经研磨成粉后进行烧结。

在本发明的一种实施方式中，所述镧盐为硝酸镧，所述锶盐为硝酸锶。