[发明专利]一种层状钙钛矿燃料电池阴极材料及其制备方法

说明书

本发明是一种层状钙钛矿燃料电池阴极材料及其制备方法，包括以下化学元素：Ln、Ba、Mn、Mg、Co和O，各化学元素的化学计量比为：Ln:Ba:Mn:Mg:Co:O=0.5‑1.5：0.5‑1.5：0.5‑2：0.05‑0.2：0.5‑2：5，化学式为Ln_0.5‑1.5Ba_0.5‑1.5Mn_0.5‑2Mg_0.05‑0.2Co_0.5‑2O_5+δ，其中稀土离子Ln=Pr、Nd、Sm、Gd或Y。制备步骤是：金属硝酸盐按照化学计量数的配比，定量溶于蒸馏水，加入有机溶剂和氨水；80℃恒温水浴加热，搅拌形成均匀的溶液；搅拌使水分蒸发形成凝胶；将凝胶干燥，得到海绵状多孔灰黑色前躯体；研磨前驱体成粉后，高温加热至950‑1100℃，保温5‑8小时，即得层状钙钛矿燃料电池阴极材料。本发明与传统固相法制备粉体相比，粒径减少，比表面积大，氧化还原反应活化点增加，热膨胀性能与电解质SDC匹配，解决了钴基热膨胀性能与电解质SDC不匹配的瓶颈。

技术领域

本发明是一种层状钙钛矿燃料电池阴极材料及其制备方法，也就是一种新型B位三元层状钙钛矿阴极材料及其制备方法，属于中温固体氧化物燃料电池技术领域。

背景技术

AA’B₂O_5+δ层状钙钛矿结构作为钙钛矿ABO_3-δ的衍生结构，其钴基层状钙钛矿LnBaCo₂O_5+δ(其中稀土离子Ln= Pr, Nd, Sm, Gd, Y)氧化物因具有较高的电子和氧离子传导能力，目前，已有多个研究机构在研究其作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料的可行性。据了解，这一课题的遇到的最大阻碍是LnBaCo₂O_5+δ阴极材料的热膨胀系数与中温电解质的热膨胀系数相差较大，两者不能很好的匹配，易造成电池劈裂，严重影响电池使用寿命，而且LnBaCo₂O_5+δ阴极材料的热稳定性差, 影响电池工作的稳定性。

对于这一技术难题，至今还没有找到理想的解决办法，要必要进行深入研究。

发明内容

本发明的目的就是针对现有钴基层状钙钛矿材料及其制备方法的不足，提供一种在中温范围内具有良好的热膨胀性能和电化学性能的新型B位三元层状钙钛矿阴极材料及其制备方法，以解决现有技术的问题。

本发明提出的目的通过如下手段来实现：

一种层状钙钛矿燃料电池阴极材料，其特征在于包括以下化学元素：Ln、Ba、Mn、Mg、Co和O，各化学元素的化学计量比为：Ln:Ba:Mn:Mg:Co:O =0.5-1.5：0.5-1.5：0.5-2：0.05-0.2：0.5-2：5，化学式为Ln_0.5-1.5Ba_0.5-1.5Mn_0.5-2Mg_0.05-0.2Co_0.5-2O_5+δ，其中稀土离子Ln=Pr、Nd、Sm、Gd或Y，δ为氧空位数。

一种层状钙钛矿燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于它有如下步骤：

（1）金属硝酸盐按照计量数Ln:Ba:Mn:Mg:Co:O =0.5-1.5：0.5-1.5：0.5-2：0.05-0.2：0.5-2：5的配比，定量溶于蒸馏水，加入有机溶剂和氨水；

（2）80℃恒温水浴加热，搅拌形成均匀的溶液，控制pH值为6-7；

（3）搅拌使水分蒸发形成凝胶；

（4）将凝胶于150℃-200℃的干燥箱内干燥，得到海绵状多孔灰黑色前躯体；

（5）研磨前驱体成粉后，高温加热至950-1100℃，保温5-8小时，得到B位三元层状钙钛矿氧化物粉体。