一种中温固体氧化物燃料电池纳米纤维复合阴极制备方法

摘要

本发明涉及一种中温固体氧化物燃料电池纳米纤维复合阴极制备方法，属于能源材料技术领域。该制备方法首先配制包括钙钛矿结构氧化物组分和氧离子导体电解质组分的混合纺丝溶液，然后利用静电纺丝技术将以上混合溶液进行纺丝制备复合纤维，经干燥、高温烧结，获得纳米纤维结构复合阴极；复合阴极纤维直径100‑600纳米，纳米纤维由钙钛矿氧化物组分和电解质组分纳米颗粒聚集构成，其中钙钛矿氧化物组分质量百分比含量为45%‑65%。纳米纤维复合阴极中组分分布均匀，有利于离子与电子传输，电化学反应活化面积及三相反应界面大，提高阴极的氧还原催化活性，降低阴极极化阻抗；并且制备工艺简单，易于操作，成本低。

主权项

一种中温固体氧化物燃料电池纳米纤维复合阴极制备方法，其特征在于，首先配制包括氧离子导体电解质组分前驱体溶液I和钙钛矿结构氧化物组分前驱体溶液II的混合纺丝溶液，然后利用静电纺丝技术进行纺丝获得复合纤维，将复合纤维干燥、高温烧结，制得纳米纤维结构复合阴极，纳米纤维复合阴极由钙钛矿氧化物组分和电解质组分纳米颗粒聚集构成；所述氧离子导体电解质组分是指Gd_0.1Ce_0.9O_1.95或Sm_0.2Ce_0.8O_1.9，所述钙钛矿结构氧化物组分是指不与以上电解质组分发生高温化学反应的任一钙钛矿结构氧化物阴极材料，钙钛矿结构氧化物组分是La_0.5Ba_0.5‑xCoO_3‑δ、PrBa_1‑xCo₂O_5+δ、LaBa_1‑xCo₂O_5+δ、SmBaCo₂O_5+δ或La_0.6Sr_0.4CoO_3‑δ，其中x=0‑0.1，δ为缺氧位；所述纳米纤维复合阴极中钙钛矿结构氧化物组分的质量百分比含量为45%‑65%；该制备方法的具体步骤如下：（a）所述氧离子导体电解质组分前驱体溶液I的配制将高分子粘合剂溶于有机溶剂中，所述高分子粘合剂：有机溶剂为1g：5‑15mL，将所述氧离子导体电解质组分中金属元素对应的硝酸盐或醋酸盐溶于去离子水中，所述高分子粘合剂：氧离子导体电解质组分中金属元素对应的硝酸盐或醋酸盐总质量的质量比为1:2‑4，所述去离子水：有机溶剂的体积比为1:0.8‑2；将完全溶解的盐溶液与高分子粘合剂有机溶液混合均匀，得到氧离子导体电解质组分前驱体溶液I；所述高分子粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、 聚乙烯醇（PVA）中的一种或两种，所述有机溶剂为酒精、二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺中的一种溶剂或几种溶剂混合；（b）所述钙钛矿结构氧化物组分前驱体溶液II的配制将高分子粘合剂溶于有机溶剂中，所述高分子粘合剂：有机溶剂为1g：5‑15mL，将所述钙钛矿结构氧化物组分中金属元素对应的硝酸盐或醋酸盐溶于去离子水中，所述高分子粘合剂：钙钛矿结构氧化物组分中金属元素对应的硝酸盐或醋酸盐总质量的质量比为1:2‑4，所述去离子水：有机溶剂的体积比为1:0.8‑2；将完全溶解的盐溶液与高分子粘合剂有机溶液混合均匀，得到钙钛矿结构氧化物组分前驱体溶液II；所述高分子粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、 聚乙烯醇（PVA）中的一种或两种，所述有机溶剂为酒精、二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺中的一种溶剂或几种溶剂混合；将氧离子导体电解质组分前驱体溶液I与钙钛矿结构氧化物组分前驱体溶液II混合，室温下磁力搅拌2‑5小时混合均匀，得到混合纺丝溶液，在室温下静置10‑24小时备用；（c）将静置后的混合纺丝溶液进行静电纺丝，纺丝电压为7kV‑15kV，接收器与纺丝针头间距为6‑10cm, 混合纺丝溶液的流速为100‑500nl/s，得到复合纤维，置于50‑100℃干燥箱内干燥处理10‑24小时；（d）将干燥后的复合纤维进行高温烧结，以2‑5℃/分钟升温速率由室温加热至500‑700℃，保温1‑4小时；然后以3‑10℃/分钟速率加热至900℃‑1200℃，保温1‑3小时后以3‑15℃/分钟速率降温至室温，得到纳米纤维结构的复合阴极。