一种纳米团簇修饰型电极材料、制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种高性能纳米团簇修饰型固体氧化物可逆电池电极材料组成及其制备方法，属于固体氧化物可逆电池技术领域。

背景技术

加速开发新型清洁能源与节能减排新技术已受到普遍重视，以降低对化石能源的依赖及减少温室气体的排放。固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cells,SOEC)技术可以有效利用可再生电能及太阳能热能将H

镍金属由于其优异的活性、导电性和热相容性是SOEC中首选的电化学还原反应催化剂。传统的燃料电极材料主要以镍基陶瓷为主，这种复合电极是将具有催化活性的Ni金属分散至电解质材料中再经烧结而形成。然而，镍基陶瓷材料在高温和还原气氛中，电极表面的镍金属易团聚、易被氧化而形成钝化层，极大影响了氢电极的催化活性和SOEC的电解效率及稳定性。因此，混合离子-电子导体钙钛矿氧化物材料由于良好的化学稳定性受到研究者们的广泛关注，如SFM(Sr

发明内容

本专利针对纳米团簇型燃料电极材料研发，使得固体氧化物电解池在SOFC及SOEC模式下都获得较高的性能和较佳的稳定性。本发明提出一种高性能纳米团簇修饰型固体氧化物可逆电池电极材料组成及其制备方法。通过液相法制备纳米团簇型Cu@CeO

一种电极材料，以钙钛矿氧化物为载体，并且负载有Cu@CeO

所述的钙钛矿氧化物为Sr

所述的电极材料应用于固体氧化物电解池或者固体氧化物燃料电池。

上述的电极材料的制备方法，包括如下步骤：

通过溶胶凝胶法制备出Cu@CeO

溶胶凝胶法中的步骤包括：按照化学计量比，先将适量去离子水与Ce盐与Cu盐混合，待全部溶解后，加入适量碱溶液，调整pH值至碱性，搅拌均匀后静置；将沉淀水洗后置于烘箱中烘干，得到纳米团簇前驱体，再将前驱体置于马弗炉中焙烧后得到所需Cu@CeO

pH值是在12～13之间。

焙烧温度是500-800℃，时间是1-5h。

烘干过程的条件是50-150℃处理24～48h。

上述的电极材料在固体氧化物燃料电池的用途。

电解质采用的是La

氧电极采用Ba

上述的电极材料在电解池中的用途。

在一个实施方式中，电解池用于高温电解CO

在一个实施方式中，电解质采用的是La

在一个实施方式中，氧电极采用Ba

有益效果

本发明涉及的高性能纳米团簇修饰型固体氧化物可逆电池电极材料，是通过液相法制备，具有以下效果：

(1)合成方法简洁性

通过简单的液相法合成具有高性能的纳米团簇材料：Cu@CeO

(2)材料独特性

Cu@CeO

(3)性能优异性

Cu@CeO

附图说明

图1是Cu@CeO

图2是Cu@CeO

图3是Cu@CeO

图4是Cu@CeO

图5是Cu@CeO

图6是SFM|LSGM|BSCF单电池在750-850℃温度范围内的输出功率性能曲线；

图7是CeO

图8是Cu@CeO

图9是SFM|LSGM|BSCF单电池在750-850℃温度范围内的电解CO

图10是CeO

图11是Cu@CeO

图12是SFM|LSGM|BSCF单电池在750-850℃温度范围内50％CO

图13是CeO

图14是Cu@CeO

图15是Cu@CeO

具体实施方式

本发明涉及一种高性能纳米团簇修饰型固体氧化物可逆电池电极材料组成及其制备方法，属于固体氧化物可逆电池技术领域。通过液相法制备纳米团簇型Cu@CeO

实施例1高温陶瓷燃料电池/电解池燃料电极材料Cu@CeO

称取10.58g的硝酸锶、15.15g的硝酸铁、2.21g的钼酸铵，加少量去离子水溶解。按乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸：总金属离子为1:2:1的摩尔比称取29g的乙二胺四乙酸、42g的一水合柠檬酸作为络合剂溶于去离子水中。将溶有络合剂的溶液加入溶有金属离子溶液后，滴加适量的氨水致溶液pH达到7～8之间，随后在磁力搅拌的条件下搅拌至水分完全蒸发得到凝胶状物质。将凝胶状物质置于烘箱中于250℃温度下煅烧5h后得到所需的泡沫状前驱体。将前驱体置于高温马弗炉中于1000℃温度下煅烧5h后得到所需的SFM粉体。

称取1.2g的硝酸铜、41.2g的硝酸铈溶于去离子水中，随后逐滴滴入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值为13，搅拌均匀后静置5小时；将上层清液与沉淀分开后，将沉淀离心水洗6次，后置于60℃烘箱中烘干，得到纳米团簇前驱体，再将前驱体置于马弗炉中焙烧800℃后得到所需Cu@CeO

对比例1

直接采用实施例1中制备得到的SFM粉体，而不进行Cu@CeO

对比例2

使用CeO

CeO

1.XRD表征

图1为Cu@CeO

图2是Cu@CeO

2.透射电子显微镜(TEM)表征

如图3所示，图中粒径为8nm以下的小颗粒为Cu@CeO

3.电导率表征

图4是Cu@CeO

4.输出功率表征

单电池的制备

分别称取0.2g实施例1中制得的Cu@CeO

将制备好的LSGM电解质片置于加热台上于200℃下预热，使用喷枪在惰性气体的推送下将制得的阴极浆料均匀的喷涂在LSGM的一个表面，另一面喷上BSCF浆料，待液体挥发完全后，将喷涂后的电池置于高温马弗炉中于900℃下煅烧2h后制得所需的单电池。

图5是Cu@CeO

5.电解性能表征及可逆性能表征

图8是Cu@CeO

图11是Cu@CeO

图14是Cu@CeO

图15是Cu@CeO

综上所述，该纳米团簇复合电极具有良好的电导率及优异的氢活化及CO