一种B位析出钙钛矿粉体及其制备方法和在对称固体氧化物燃料电池中的应用

技术领域

本发明涉及固体电极技术领域，具体的说是一种B位析出钙钛矿粉体及其制备方法和在对称固体氧化物燃料电池中的应用。

背景技术

SOFCs是富有前景的燃料电池之一，传统以烃类或者硫化物为燃料时，Ni基阳极会发生积碳和硫中毒，而对称固体氧化物燃料电池(SSOFCs)可以简化制备过程而且可以通过反转阴阳极的气氛来避免此问题，但SSOFC对电极材料的要求更加严格。钙钛矿氧化物(ABO

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中原位析出策略制备B位析出钙钛矿材料及电极仅适用于部分已经报导的电极材料，而且实验过程复杂，难以批量化制备的问题，提供一种B位析出钙钛矿粉体及其制备方法和在对称固体氧化物燃料电池中的应用。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法，利用酸刻蚀促进钙钛矿粉体表面A位元素溶出，使具有催化活性的B位元素暴露在表面，即得到B位析出钙钛矿粉体。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：包括以下步骤：

S1、取钙钛矿粉体分散于酸溶液中进行刻蚀处理；

S2、将刻蚀后的钙钛矿粉体洗涤至中性并进行干燥，制得B位析出钙钛矿粉体。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：所述钙钛矿粉体通过溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法、静电纺丝法或甘氨酸硝酸盐法制备得到。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：所述酸溶液为硝酸、冰醋酸、硝酸、硫酸和磷酸溶液中的一种或多种，酸溶液的摩尔浓度为0.005～1mol/L。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：所述步骤S1中钙钛矿粉体通过超声或搅拌的方式分散于酸溶液中。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：所述步骤S1中刻蚀处理的温度为0～80℃，处理时间为10～120min。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：所述步骤S1中刻蚀处理的温度为25℃，处理时间为30min。

作为本发明一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法的进一步优化：所述步骤S2中干燥处理为烘箱干燥、真空干燥或冷冻干燥。

一种B位析出钙钛矿粉体，由上述制备方法制得。

一种B位析出钙钛矿粉体在对称固体氧化物燃料电池中的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明利用酸刻蚀促进钙钛矿粉体表面A位元素的溶出，使具有催化活性的B位元素暴露在表面，最后将B位析出钙钛矿粉体制成固体电极应用于对称固体氧化物燃料电池，为提高钙钛矿固体电极和对称固体氧化物燃料电池的性能提供了一种新的技术思路。

附图说明

图1为本发明B位析出钙钛矿粉体制备方法的制备流程示意图；

图2为实施例1以及对比例1-3制备得到钙钛矿粉体的X射线衍射图；

图3为实施例1以及对比例1-3制备得到钙钛矿粉体的扫描电镜图；

图4为实施例1制备得到钙钛矿粉体的HAADF图像；

图5为实施例1制备得到钙钛矿粉体的相应Pr、Sr、Co、Fe和O的EDX元素分布图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

<实施例1>

一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法，其具体包括如下步骤：

S1、溶胶凝胶法制备Pr

Pr(NO

S2、Pr

将Pr

<实施例2>

一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法，其具体包括如下步骤：

S1、溶胶凝胶法制备Pr

Pr(NO

S2、Pr

将Pr

P

<实施例3>

一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法，其具体包括如下步骤：

S1、溶胶凝胶法制备Pr

Pr(NO

S2、Pr

将Pr

P

<实施例4-7>

实施例4-7的制备过程与<实施例1>基本相同，不同之处在于：将酸刻蚀使用的酸溶液分别替换为冰醋酸、硝酸、硫酸和磷酸溶液。

<实施例8-9>

实施例8-9的制备过程与<实施例1>基本相同，不同之处在于：将酸刻蚀使用的硝酸溶液的摩尔浓度分别替换为0.005mol/L和1mol/L。

<实施例10-12>

实施例10-12的制备过程与<实施例1>基本相同，不同之处在于：

实施例10的酸刻蚀条件为：0℃下处理120min。

实施例11的酸刻蚀条件为：60℃下处理20min。

实施例12的酸刻蚀条件为：80℃下处理10min。

<对比例1>

溶胶凝胶法制备Pr

以Pr(NO

<对比例2>

一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法，其具体包括如下步骤：

S1、溶胶凝胶法制备Pr

Pr(NO

S2、Pr

将Pr

<对比例3>

一种B位析出钙钛矿粉体的制备方法，其具体包括如下步骤：

S1、溶胶凝胶法制备Pr

Pr(NO

S2、Pr

将Pr

<性能测试>

分别取实施例1以及对比例1、对比例2和对比例3的方法制备电极粉体材料，将粘结剂和各自实施例的电极粉体材料按质量比1∶1混合研磨均匀制备电极浆料，然后将电极浆料用丝网印刷于GDC电解质两侧，最后进行950℃烧结2小时，制得固体电极，对各组固体电极进行性能测试，阻抗(Ω·cm

由上表可知，在850℃时，P

图1为P

图1为P

下表为P

使用ICP-OES对P

图3为实施例1制备得到钙钛矿粉体的HAADF图像，图4为实施例1制备得到钙钛矿粉体的相应Pr、Sr、Co、Fe和O的EDX元素分布图；可以看出暴露在表面的Co和Fe元素分布均匀，没有出现富集现象。

该电极材料的最终目的是应用与SSOFCs的阴极和阳极，同时将其在氧化和还原气氛中使用。对P

以实施例1制备得到的粉体为电极材料制备成对称半电池进行交流阻抗测试，发现P

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。