專利名稱：一種鎵酸鑭基固體氧化物燃料電池用正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種鎵酸鑭基固體氧化物燃料電池用正極材料的制備方法，具體地說(shuō)，是采用共沸蒸餾沉淀微波合成技術(shù)合成制備正極材料。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池是一種電化學(xué)連續(xù)發(fā)電裝置，它可以將燃料氣(如氫氣或天然氣)和氧化氣(如氧氣和空氣)的化學(xué)反應(yīng)能直接轉(zhuǎn)化成電能，是一種高效、清潔的發(fā)電技術(shù)。目前固體氧化物燃料電池(SOFC)中普遍采用的電解質(zhì)材料是釔穩(wěn)定的二氧化鋯(YSZ)，電池的工作溫度在1000℃左右，如此高的操作溫度帶來(lái)了一系列問(wèn)題，較為突出的是電池各組件之間的有害反應(yīng)和連接體材料的選擇受到很大的限制，不能采用價(jià)格低廉的高溫合金。因此降低SOFC的工作溫度，對(duì)提高其穩(wěn)定性、降低制造成本、推進(jìn)商業(yè)化進(jìn)程有很大的促進(jìn)作用。但隨著SOFC使用溫度的降低，原有的YSZ電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率不能滿足使用要求，開(kāi)發(fā)在較低溫度下具有較高電導(dǎo)率的新型電解質(zhì)材料成為SOFC中低溫化的關(guān)鍵技術(shù)之一。摻雜鎵酸鑭(LaGaO3)基電解質(zhì)材料在很寬的氧分壓(P02＝1-10-21pa)范圍內(nèi)是純氧離子導(dǎo)體，與目前研究較為廣泛的YSZ固體電解質(zhì)相比較，La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ在800℃時(shí)其電導(dǎo)率達(dá)到0.1S·cm-1，與YSZ在1000℃時(shí)的電導(dǎo)率相當(dāng)。摻雜錳酸鑭(LaMnO3)和摻雜鈷酸鑭(LaCoO3)是目前LaGaO3基中應(yīng)用的正極材料。摻雜LaMnO3由于在低溫下離子導(dǎo)電性較差，作為L(zhǎng)aGaO3基固體氧化物燃料電池的電化學(xué)性能較差，極化電流i＝200mA·cm-2時(shí)過(guò)電位η＞400mV，摻雜LaCoO3作為正極材料具有較好的電催化性能，但其熱膨脹系數(shù)＞20×10-6K-1，與摻雜LaGaO3基電解質(zhì)的熱膨脹性能相差較大，在電池堆的裝配和工作熱循環(huán)過(guò)程中將對(duì)電池堆造成破壞。本發(fā)明提出了Ln1-xMxFeO3系列材料，將其作為鎵酸鑭基固體氧化物燃料電池正極材料。合成的Ln1-xMxFe.O3鐵酸鑭正極材料的特點(diǎn)是具有較好的電化學(xué)活性，且其熱膨脹性能與摻雜LaGaO3基電解質(zhì)相匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用共沸蒸餾沉淀微波合成法制備的正極材料Ln1-xMxFeO3(Ln＝La，Pr；M＝Sr，Ca，Ba；x＝0.1-0.5)。采用氨水-碳酸氫銨或氫氧化鈉或氨水作為共沉淀劑，沉淀的脫水采用正丁醇或苯作為共沸劑。確保有效地脫除了殘留在沉淀中的吸附水，同時(shí)在隨后的高溫煅燒階段采用微波作為熱源，這樣縮短了常規(guī)的高溫煅燒時(shí)間。有效的減小了粉體在脫水干燥和進(jìn)一步煅燒中團(tuán)聚的發(fā)生。
本發(fā)明按以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)1.配料將La(NO3)3、Pr(NO3)3、Fe(NO3)3、Sr(NO3)2、Ca(NO3)2、Ba(NO3)2，按Ln1-xMxFeO3化學(xué)式計(jì)量比混合，并加入蒸餾水配制成濃度為0.2-4mol·L-1的溶液，其中Ln為L(zhǎng)a或Pr，M為Sr或Ca或Ba，M的摻入量x的范圍是0.1-0.5；2.共沉淀將配置的溶液加入氨水-碳酸氫銨或氫氧化鈉或氨水溶液中，進(jìn)行沉淀；3.共沸蒸餾脫水待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將離心后的沉淀與正丁醇或苯混合，進(jìn)行共沸蒸餾脫水；4.微波煅燒將脫水后的沉淀物轉(zhuǎn)移至微波爐中進(jìn)行煅燒處理，煅燒功率為500W-4kW，煅燒時(shí)間為10-45min；5.正極涂敷燒結(jié)將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將La(NO3)3、Fe(NO3)3和Sr(NO3)2按照La0.9Sr0.1FeO3配比稱量，加入適量的蒸餾水，配制0.2mol·L-1的溶液，將配置的溶液加入氨水-碳酸氫銨水溶液中，待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將脫水后的沉淀與共沸劑正丁醇混合，進(jìn)行共沸蒸餾，沉淀中的水分以共沸物的形式被脫除，當(dāng)沉淀中的水分基本被脫出后，蒸餾溫度升高至共沸劑的沸點(diǎn)。繼續(xù)蒸餾30min.將沉淀物轉(zhuǎn)至微波爐中，在500W功率下進(jìn)行煅燒處理，煅燒時(shí)間為45min。將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
實(shí)施例2將Pr(NO3)3、Fe(NO3)3和Ca(NO3)2按照Pr0.7Ca0.3FeO3配比稱量，加入適量的蒸餾水，配制4mol·L-1的溶液，將配置的溶液加入氨水溶液中，待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將脫水后的沉淀與共沸劑正丁醇混合，進(jìn)行共沸蒸餾，沉淀中的水分以共沸物的形式被脫除，當(dāng)沉淀中的水分基本被脫出后，蒸餾溫度升高至共沸劑的沸點(diǎn)。繼續(xù)蒸餾30min.將沉淀物轉(zhuǎn)至微波爐中，在3kW功率下進(jìn)行煅燒處理，煅燒時(shí)間為20min。將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
實(shí)施例3將La(NO3)3、Fe(NO3)3和Ba(NO3)2按照La0.5Ba0.5FeO3配比稱量，加入適量的蒸餾水，配制2.5mol·L-1的溶液，將配置的溶液加入氫氧化鈉水溶液中，待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將脫水后的沉淀與共沸劑苯混合，進(jìn)行共沸蒸餾，沉淀中的水分以共沸物的形式被脫除，當(dāng)沉淀中的水分基本被脫出后，蒸餾溫度升高至共沸劑的沸點(diǎn)。繼續(xù)蒸餾30min.將沉淀物轉(zhuǎn)至微波爐中，在4kW功率下進(jìn)行煅燒處理，煅燒時(shí)間為10min。將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
實(shí)施例4將La(NO3)3、Fe(NO3)3和Ca(NO3)2按照La0.8Ca0.2FeO3配比稱量，加入適量的蒸餾水，配制1.0mol·L-1的溶液，將配置的溶液加入氨水-碳酸氫銨水溶液中，待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將脫水后的沉淀與共沸劑正丁醇混合，進(jìn)行共沸蒸餾，沉淀中的水分以共沸物的形式被脫除，當(dāng)沉淀中的水分基本被脫出后，蒸餾溫度升高至共沸劑的沸點(diǎn)。繼續(xù)蒸餾30min.將沉淀物轉(zhuǎn)至微波爐中，在2kW功率下進(jìn)行煅燒處理，煅燒時(shí)間為25min。將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
實(shí)施例5將Pr(NO3)3、Fe(NO3)3和Ba(NO3)2按照Pr0.6Sr0.4FeO3配比稱量，加入適量的蒸餾水，配制1.5mol·L-1的溶液，將配置的溶液加入氨水溶液中，待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將脫水后的沉淀與共沸劑苯混合，進(jìn)行共沸蒸餾，沉淀中的水分以共沸物的形式被脫除，當(dāng)沉淀中的水分基本被脫出后，蒸餾溫度升高至共沸劑的沸點(diǎn)。繼續(xù)蒸餾30min.將沉淀物轉(zhuǎn)至微波爐中，在500W功率下進(jìn)行煅燒處理，煅燒時(shí)間為40min。將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
權(quán)利要求
1.一種鎵酸鑭基固體氧化物燃料電池用正極材料的制備方法，其特征在于(1)配料將La(NO3)3、Pr(NO3)3、Fe(NO3)3、Sr(NO3)2、Ca(NO3)2、Ba(NO3)2，按Ln1-xMxFeO3化學(xué)式計(jì)量比混合，并加入蒸餾水配制成濃度為0.2-4mol·L-1的溶液；(2)共沉淀將配置的溶液加入氨水-碳酸氫銨水溶液中，進(jìn)行沉淀；(3)共沸蒸餾脫水待沉淀完全后，進(jìn)行離心脫水，將離心后的沉淀與正丁醇混合，進(jìn)行共沸蒸餾脫水；(4)微波煅燒將脫水后的沉淀物轉(zhuǎn)移至微波爐中進(jìn)行煅燒處理，煅燒功率為500W-4kW，煅燒時(shí)間為10-45min；(5)正極涂敷燒結(jié)將煅燒后的材料涂敷于鎵酸鑭基固體電解質(zhì)上，燒結(jié)制備正極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于Ln為L(zhǎng)a或Pr，M為Sr或Ca或Ba，M的摻入量x的范圍是0.1-0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中將配制的溶液可以加入氫氧化鈉或氨水溶液中，進(jìn)行沉淀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)中可以將離心后的沉淀與苯混合，進(jìn)行共沸蒸餾脫水。
全文摘要
本發(fā)明提出一種鎵酸鑭基固體氧化物燃料電池用正極材料的制備方法，具體地說(shuō)，是采用共沸蒸餾沉淀微波合成技術(shù)合成制備正極材料。本發(fā)明將La(NO
文檔編號(hào)H01M4/88GK1665056SQ20041001359
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者孫克寧, 張乃慶, 傅長(zhǎng)璟 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)