[发明专利]一种高催化活性中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法

摘要

一种高催化活性中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法，属于能源材料技术领域。所述的复合阴极由具有A位阳离子缺位的钙钛矿结构氧化物PrBa1‑xCo2O6‑δ、Pr1‑yBaCo2O6‑δ或Pr1‑nBa1‑mCo2O6‑δ和氧离子导体材料Sm0.2Ce0.8O1.9或Gd0.1Ce0.9O1.95组成，氧离子导体材料的质量百分比为20％‑50％；上述复合阴极材料的制备方法是，首先分别配制两种组分的合成溶液，然后将两种溶液混合并搅拌均匀得到两种组分的混合合成溶液，将混合合成溶液加热得到混合前驱体凝胶，最后经过高温烧结反应获得复合阴极粉体。采用本发明所述同步烧结反应法制备复合阴极材料，工艺简单，易于操作，制备周期短，成本低，效率高，并且有效增强中温固体氧化物燃料电池阴极的氧还原催化活性。

主权项

1.一种高催化活性中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备方法，复合阴极材料包括组分1和组分2，所述组分1是具有A位阳离子缺位的钙钛矿结构的氧化物PrBa1‑xCo2O6‑δ、Pr1‑yBaCo2O6‑δ或Pr1‑nBa1‑mCo2O6‑δ，其中，PrBa1‑xCo2O6‑δ具有A位Ba2+缺位，缺位量0.02≤x≤0.15，Pr1‑yBaCo2O6‑δ具有A位Pr3+缺位，缺位量0.02≤y≤0.12，Pr1‑nBa1‑mCo2O6‑δ同时具有A位Ba2+与Pr3+缺位，Ba2+缺位量0.01≤m≤0.1,Pr3+缺位量0.01≤n≤0.1，并且两种离子的缺位量m+n不大于0.15，δ为上述氧化物中的氧空位含量；所述组分2是氧离子导体材料Sm0.2Ce0.8O1.9或Gd0.1Ce0.9O1.95，上述复合阴极材料中组分2的质量百分比为20％‑50％；所述复合阴极材料的制备方法，首先分别配制组分1和组分2的合成溶液，然后将两种溶液混合并搅拌均匀得到两种组分的混合合成溶液，将混合合成溶液加热得到混合前驱体凝胶，最后经过高温烧结反应获得复合阴极粉体；其特征在于，具体制备步骤是：(1)组分1钙钛矿结构氧化物合成溶液I的配制按照复合阴极中组分1钙钛矿结构氧化物的组成及质量百分比含量，首先称取适量的乙二胺四乙酸溶于去离子水中，并滴加NH3·H2O调节pH＝5.5‑6.5，形成EDTA‑NH3溶液；然后按照复合阴极中组分1钙钛矿结构氧化物的组成及质量百分比含量，称取所需金属离子的硝酸盐或醋酸盐试剂，在磁力搅拌下使其完全溶解于EDTA‑NH3溶液中，形成EDTA‑金属盐溶液，该溶液中EDTA的摩尔量与所有金属离子的总摩尔量相同；再称取适量的柠檬酸溶于去离子水中，滴加NH3·H2O调节pH＝5.0‑6.5，得到柠檬酸‑NH3溶液，该溶液中柠檬酸的摩尔量为以上EDTA‑金属盐溶液中加入的EDTA摩尔量的2倍；最后将配制好的柠檬酸‑NH3溶液缓慢加入到上述EDTA‑金属盐溶液中，磁力搅拌20‑60分钟，得到溶液I；(2)组分2氧离子导体材料合成溶液II的配制按照复合阴极中组分2氧离子导体材料的组成及质量百分比含量，首先称取适量的EDTA溶于去离子水中，并滴加NH3·H2O调节pH＝5.5‑6.5，形成EDTA‑NH3溶液；然后按照复合阴极中组分2的组成及质量百分比含量，称取所需金属离子的硝酸盐或醋酸盐试剂，在磁力搅拌下使其完全溶解于EDTA‑NH3溶液中，形成EDTA‑金属盐溶液，该溶液中EDTA的摩尔量与所有金属离子的总摩尔量相同；再称取适量的柠檬酸溶于去离子水中，滴加NH3·H2O调节pH＝5.0‑6.5，得到柠檬酸‑NH3溶液，该溶液中柠檬酸的摩尔量为以上EDTA‑金属盐溶液中加入的EDTA摩尔量的2倍；最后将配制好的柠檬酸‑NH3溶液缓慢加入到上述EDTA‑金属盐溶液中，磁力搅拌20‑60分钟，得到溶液II；(3)组分1与组分2混合合成溶液配制及复合阴极高温烧结成相将配制好的溶液I和溶液II混合，磁力搅拌30‑90分钟使其混合均匀，得到组分1和组分2的混合合成溶液；将该混合溶液置于60‑100℃水浴锅中加热搅拌直至形成粘稠凝胶，然后将该凝胶在120‑260℃下保温5‑12小时得到混合前驱体；接着将该混合前驱体依次在空气中500‑650℃下烧结4‑12小时，800‑900℃下烧结3‑10小时，1050‑1150℃下烧结2‑6小时，得到由组分1和组分2构成的复合阴极材料。