1.本发明涉及一种用于氧还原和燃料氧化的电池电极材料及其制备方法，特别适用于高稳定性具有对称结构固体氧化物燃料电池(sofc)的简化组装工艺及固体氧化物燃料电池与电解电池一体化。
背景技术：
2.固体氧化物燃料电池(sofc)作为一种高效的清洁能源转换装置，能够将化学能得到高效利用，从而提高能源的利用率。今年来，在电极材料、电解质材料及结构设计和固体氧化物电池电堆的研发得到很大进步，但在电极材料的可靠性方面一直有待进一步提高，这也是阻碍sofc广泛应用的一个重要原因。
3.钙钛矿材料往往具有较好的热稳定性和化学稳定性，因而被广泛地应用于固体氧化物燃料电池电极材料。专利cn110797542a、cn111370708b、cn111370708a、cn111697242a、cn111933956b、cn112952171a、cn112670525a、cn111933956a等公开了多种电极材料，所制备的电极材料具有良好的电导性能。然而，工业化固体氧化物燃料电池的长期可靠性是一个不能忽视的挑战。对称固体氧化物燃料电池与传统的非对称结构的相比，具有更简单的制备工艺和更高的长期可靠性。含w和ti元素的电极材料具有很高的热稳定性和化学稳定性。然而，w和ti会降低电极材料的导电能力。采用共同掺杂调整两元素的协同作用，同时让材料具有较好导电能力，是一种满足实际材料应用的重要方法。此外，铁元素对氧的还原反应和燃料的氧化都具有高的催化活性。在公开号为cn112408490a和cn109616673a的中国专利申请了掺杂的含铁钙钛矿电极材料，具有较好的催化活性，然而无法解决高稳定性的实际要求。
技术实现要素：
4.本发明的目的之一是提供一种用于对称性固体氧化物燃料电池的电极材料。
5.本发明的目的之二是提供一种用于对称性固体氧化物燃料电池电极材料的制备方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于对称固体氧化物燃料电池的电极材料，其化学式为srfe
1-x-ywx
tiyo
3-δ
, 其中0≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0《δ《1。
7.本发明提供上述用于对称固体氧化物燃料电池电极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将氧化物对应的可溶性化合物按照氧化锶，氧化亚铁，三氧化钨的摩尔比为(40～60):(30～50):(1～20)的比例称取对应的化合物并混合；步骤2，将步骤1的混合物与丙三醇按照1:2的重量比例混合并溶解；步骤3，将含钛的可溶物与丙三醇按照1:2的重量比例混合溶解；步骤4，将网络形成单体丙烯酸（丙烯酸与上述步骤2和步骤3的丙三醇的摩尔比为3:1）与过氧化苯甲酰按照1:0.001的摩尔比混合均匀；
步骤5，将步骤2和步骤3的溶液中加入螯合剂尿素并溶解，其加入比例分别为丙三醇:尿素摩尔比为1:1；步骤6，将步骤4与步骤5得到的溶液搅拌混合，在60℃烘箱中24小时固化成半固态凝胶；步骤7，将步骤6所得到的半固态凝胶燃烧得到黑色粉末；步骤8，将步骤7得到的黑色粉末在1000℃下空气中热处理20小时；所发明的材料的热膨胀系数为9～16
×
10-6 k-1
。
8.所发明的材料的总电导大于10 s/cm。
具体实施方式
9.以下通过实施例对本发明作进一步的阐述：实施例1采用聚合网络熬合-燃烧法制备对称氧化物燃料电池电极粉体材料srfe
0.8w0.1
ti
0.1o3-δ
. 材料制备使用步骤如下：步骤1，将硝酸锶，硝酸铁，偏钨酸铵按照sr : fe : w原子摩尔比为1:0.8:0.1的比例称取混合；步骤2，将步骤1的混合物与丙三醇按照1:2的重量比例混合并溶解；步骤3，将钛酸四丁酯与丙三醇按照1:2的重量比例混合溶解。钛酸四丁酯的加入量按照sr : ti摩尔比为1:0.1；步骤4，取丙烯酸，其量与上述步骤2和步骤3的丙三醇的摩尔比为3:1，按照1:0.001的摩尔比加入过氧化苯甲酰混合均匀；步骤5，将步骤2和步骤3的溶液中加入螯合剂尿素并溶解，其加入量为丙三醇:尿素摩尔比为1:1；步骤6，将步骤4与步骤5得到的溶液搅拌混合，在60℃烘箱中24小时固化成凝胶；步骤7，将步骤6所得到的凝胶燃烧得到黑色粉末；步骤8，将步骤7得到的黑色粉末在1000℃下空气中热处理20小时；实施例2采用聚合网络熬合-燃烧法制备对称氧化物燃料电池电极粉体材料srfe
0.7w0.2
ti
0.1o3-δ
. 材料制备使用步骤如下：步骤1，将硝酸锶，硝酸铁，偏钨酸铵按照sr : fe : w原子摩尔比为1:0.7:0.2的比例称取混合；步骤2，将步骤1的混合物与丙三醇按照1:2的重量比例混合并溶解；步骤3，将钛酸四丁酯与丙三醇按照1:2的重量比例混合溶解。钛酸四丁酯的加入量按照sr : ti摩尔比为1:0.1；步骤4，取丙烯酸，其量与上述步骤2和步骤3的丙三醇的摩尔比为3:1，按照1:0.001的摩尔比加入过氧化苯甲酰混合均匀；步骤5，将步骤2和步骤3的溶液中加入螯合剂尿素并溶解，其加入量为丙三醇:尿素摩尔比为1:1；步骤6，将步骤4与步骤5得到的溶液搅拌混合，在60℃烘箱中24小时固化成凝胶；
步骤7，将步骤6所得到的凝胶燃烧得到黑色粉末；步骤8，将步骤7得到的黑色粉末在1000℃下空气中热处理20小时；实施例3采用聚合网络熬合-燃烧法制备对称氧化物燃料电池电极粉体材料srfe
0.7w0.1
ti
0.2o3-δ
. 材料制备使用步骤如下：步骤1，将硝酸锶，硝酸铁，偏钨酸铵按照sr : fe : w原子摩尔比为1:0.7:0.1的比例称取混合；步骤2，将步骤1的混合物与丙三醇按照1:2的重量比例混合并溶解；步骤3，将钛酸四丁酯与丙三醇按照1:2的重量比例混合溶解.钛酸四丁酯的加入量按照sr : ti摩尔比为1:0.2；步骤4，取丙烯酸，其量与上述步骤2和步骤3的丙三醇的摩尔比为3:1，按照1:0.001的摩尔比加入过氧化苯甲酰混合均匀；步骤5，将步骤2和步骤3的溶液中加入螯合剂尿素并溶解，其加入量为丙三醇:尿素摩尔比为1:1；步骤6，将步骤4与步骤5得到的溶液搅拌混合，在60℃烘箱中24小时固化成凝胶；步骤7，将步骤6所得到的凝胶燃烧得到黑色粉末；步骤8，将步骤7得到的黑色粉末在1000℃下空气中热处理20小时。
技术特征：
1.一种用于对称固体氧化燃料电池的电极材料，其特征在于：所述电极材料包括四种组分：40~60mol%的氧化锶，30~50mol%氧化亚铁，1~20mol%三氧化钨以及30~40mol%二氧化钛；所述氧化物为具有单一钙钛矿结构，其晶系属于四方或六方晶系；所述氧化锶为分析纯或工业纯及以上纯度的硝酸锶等其他含锶的可溶盐所制备而成的氧化锶；所述氧化亚铁为分析纯或工业纯及以上纯度的硝酸铁等其他含铁的可溶盐所制备而成的氧化铁；所述三氧化钨为分析纯或工业纯及以上纯度的钨酸铵或偏钨酸铵等其他含钨的可溶盐所制备而成的氧化钨；所述二氧化钛为分析纯或工业纯及以上纯度的钛酸四丁酯等其他含钛的可溶化合物所制备而成的氧化钛。2.一种用于对称固体氧化物燃料电池电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将氧化物对应的可溶性化合物按照氧化锶，氧化亚铁，三氧化钨的摩尔比为(40～60):(30～50):(1～20)的比例称取对应的化合物并混合；步骤2，将步骤1的混合物与丙三醇按照1:2的重量比例混合并溶解；步骤3，将含钛的可溶物与丙三醇按照1:2的重量比例混合溶解；步骤4，将网络形成单体丙烯酸（丙烯酸与上述步骤2和步骤3的丙三醇的摩尔比为3:1）与过氧化苯甲酰按照1:0.001的摩尔比混合均匀；步骤5，将步骤2和步骤3的溶液中加入螯合剂尿素并溶解，其加入比例分别为丙三醇:尿素摩尔比为1:1；步骤6，将步骤4与步骤5得到的溶液搅拌混合，在60℃烘箱中24小时固化成凝胶；步骤7，将步骤6所得到的凝胶粉碎燃烧得到黑色粉末；步骤8，将步骤7得到的黑色粉末在1000℃下空气中热处理20小时。3.如权利要求2所述的钙钛矿电极材料的制备方法，其特征在于：氧化锶，氧化亚铁，三氧化钨的摩尔比为(40～60):(30～50):(1～20)，所用的溶解为丙三醇、乙醇和乙二醇中的一种或多种。4.如权利要求2所述的钙钛矿电极材料的制备方法，其特征在于：所用的网络形成单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种单体。5.如权利要求2所述的钙钛矿电极材料的制备方法，其特征在于：螯合剂为尿素、乙二胺四乙酸和柠檬酸中的一种或多种。6.如权利要求1所述的钙钛矿电极材料的体相电导率大于10 s/cm。
技术总结
本发明提供了一种含钛和铁的钙钛矿材料的制备工艺和组成，用于制备固体氧化物燃料电池的电极材料，特别适用于对称结构的固体氧化物燃料电池。该材料包含四中成分：40~60mol%的氧化锶，30~50mol%氧化亚铁，1~20mol%三氧化钨以及30~40mol%二氧化钛。该材料通过加入丙烯酸、尿素和丙三醇制备的凝胶前驱物与硝酸锶、硝酸铁、钨酸铵和钛酸四丁酯混合后固化、燃烧的制备工艺。本发明所涉及的材料制备工艺简单，成本低，并且材料的活性高，比表面积大，在氧化气氛和还原气氛中都具有很好稳定性。氧化气氛和还原气氛中都具有很好稳定性。
技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.H01M4/90
受保护的技术使用者：电子科技大学中山学院
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/3/18
再多了解一些
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