一種改性lscm電極及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種改性的LSCM電極，為NiO納米片陣列修飾的LSCM電極,其制備方法為采用傳統(tǒng)的水熱合成方法原位生長(zhǎng)NiO納米陣列，NiO納米陣列由統(tǒng)一的并且相連的厚度為90?110nm的納米片構(gòu)成，長(zhǎng)度大約為1?2μm。經(jīng)過(guò)還原處理之后，仍然保持其納米結(jié)構(gòu)。由于獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，可以明顯提高LSCM電極的比表面積和縮短電荷轉(zhuǎn)移的路徑；同時(shí)Ni其自身對(duì)H2、CH4等燃料氣和水蒸氣、二氧化碳等都具有高效的催化作用，有效改善了LSCM電極的電化學(xué)性能，可以有效提高中高溫固體氧化物燃料電池的輸出功率和中高溫固體氧化物電解池的電解效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種改性LSGM電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種改性LSCM電極及其制備方法，屬于中高溫固體氧化物燃料電池和中高溫固體氧化物電解池領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于化石燃料的儲(chǔ)量是有限的，同時(shí)化石燃料的大量生產(chǎn)和消耗使全球變暖和氣候變化等問(wèn)題日益嚴(yán)重，清潔可再生能源能夠有效地緩解環(huán)境問(wèn)題，因此研究開(kāi)發(fā)和使用清潔可再生能源已經(jīng)成為社會(huì)的迫切需求。燃料電池技術(shù)，可以直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%?80%，而且污染少、噪音小、裝置可大可小、非常靈活。實(shí)驗(yàn)證明，使用氫燃料電池的汽車(chē)排碳量只有常規(guī)內(nèi)燃機(jī)的30%，造成的大氣污染僅為內(nèi)燃機(jī)的5%;同時(shí)固體氧化物電解池是燃料電池的逆過(guò)程，可高效的生產(chǎn)燃料，能夠直接、高效地利用風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉此a(chǎn)生的電能，將水蒸氣直接電解為氫氣和氧氣，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變。這種制氫方法具有清潔環(huán)保、無(wú)污染，制備的氫氣純度高，電解效率高，電解過(guò)程中可以利用廢熱等優(yōu)點(diǎn)而具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]絡(luò)酸猛鎖鑭(LSCM)是一種離子-電子混合導(dǎo)體，在研究直接以碳?xì)浠衔餅槿剂系腟OFC陽(yáng)極材料中受到人們的關(guān)注。在一些工作中也證明了 LSCM顯示出較好的甲烷重整催化活性。陶等人采用LSCM作為SOFC的陽(yáng)極，通過(guò)優(yōu)化其微結(jié)構(gòu)，以甲烷(3 % H2O)作為燃料時(shí)，9500C下功率密度達(dá)到了0.2W cm—2。謝等人采用LSCM作為SOEC的陰極在700°C電解水蒸氣時(shí)，電流效率達(dá)到了60 % ;在800°C電解二氧化碳時(shí)的電流效率為60 %。但是在實(shí)際應(yīng)用中，LSCM本身低的催化活性限制了SOFCs和SOECs性能的進(jìn)一步提高。為了彌補(bǔ)LSCM電極的不足，通常采用在LSCM電極中浸漬N1、Fe等金屬納米顆粒，或者Ce的氧化物的方法來(lái)提高其催化活性或改善其電導(dǎo)率等性能。但是浸漬的納米顆粒面臨高溫環(huán)境晶粒容易長(zhǎng)大，發(fā)生團(tuán)聚等問(wèn)題;同時(shí)浸漬也會(huì)帶來(lái)活性劑分布不均勻，活性層厚度難以控制等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種簡(jiǎn)單，方便，能夠很好改善LSCM電極的電化學(xué)性能的電極及其制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種改性LSCM電極，所述的改性LSCM電極為N1納米片陣列修飾的LSCM電極。
[0007]優(yōu)選地，所述的改性LSCM電極，使用水熱合成方法使LSCM電極表面原位生長(zhǎng)N1納米片陣列。
[0008]優(yōu)選地，所述的N1納米陣列由厚度為90-1 1nm的納米片構(gòu)成，長(zhǎng)度為1-2μηι。
[0009]優(yōu)選地，一種改性LSCM電極的制備方法，具體步驟如下:
[0010](I)將Ni(NO3)2.5H20，NH4F和CO(NH2)2溶于去離子水中，使用磁力攪拌機(jī)在常溫下攪拌20-40min，形成均勻透明的前驅(qū)體溶液；
[0011 ] (2)將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中；
[0012](3)將LSCM空白電極垂直浸入前驅(qū)體溶液中；
[0013](4)將水熱釜密封好，然后在真空干燥箱于90-110°C保溫9-1 Ih;
[0014](5)自然冷卻到室溫后，取出樣品，并用去離子水和酒精清洗；
[0015](6)將清洗后的樣品置于高溫爐中，于340-360°C處理1.8-2.1h，即可。
[0016]優(yōu)選地，步驟(I)中Ni(NO3)2.5H20、NH4FXO(NH2)2的摩爾比為 1:4:1。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]通過(guò)水熱法在LSCM電極表面原位生長(zhǎng)N1納米陣列，一方面N1納米陣列具有獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，可以明顯提高LSCM電極的比表面積和縮短電荷轉(zhuǎn)移的路徑；另一方面Ni其自身對(duì)H2、CH4等燃料氣和水蒸氣、二氧化碳等都具有高效的催化作用，可以在不同方面有效改善LSCM電極的電化學(xué)性能，有效提高中高溫固體氧化物燃料電池的輸出功率和中高溫固體氧化物電解池的電解效率。并且該制備方法具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1中N1納米陣列修飾的LSCM電極的表面掃描電子顯微圖；
[0020]圖2為實(shí)施例1中N1納米陣列修飾的LSCM電極在500°C、5%H2/Ar氣氛中還原處理5小時(shí)后掃描電子顯微圖；
[0021]圖3為實(shí)施例2中N1納米陣列修飾的LSCM對(duì)稱(chēng)電池在800°C不同氫分壓下的極化電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體事例針對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例1
[0024]N1納米陣列修飾的LSCM電極的制備方法，具體步驟如下:
[0025]稱(chēng)取1.25mmol Ni(NO3)2.5H20，5mmo I NH4F 和 12.5mmol CO(NH2)2;將上述藥品溶于35ml去離子水中，使用磁力攪拌機(jī)在常溫條件下攪拌30min，形成均勻透明的前驅(qū)體溶液，將溶液轉(zhuǎn)移到不銹鋼高溫反應(yīng)水熱釜中，將LSCM空白電極垂直浸入前驅(qū)體溶液中，然后將水熱釜密封好，在真空干燥箱于100°C保溫10小時(shí)。自然冷卻到室溫后，取出樣品，并用去離子水和酒精清洗，然后將樣品在高溫爐中350°C處理2小時(shí)，即可得到N1納米陣列修飾的LSCM電極，即為改性LSCM電極。
[0026]圖1為本發(fā)明中MO納米陣列修飾的LSCM電極的表面掃描電子顯微圖。從圖中可以看出N1納米陣列由統(tǒng)一的并且相連的厚度為10nm的納米片構(gòu)成，長(zhǎng)度大約為1-2μπι。
[0027]圖2為本發(fā)明中N1納米陣列修飾的LSCM電極在500°C、5%H2/Ar氣氛中還原處理5小時(shí)后掃描電子顯微圖。從圖中可以看出經(jīng)過(guò)還原處理后，其納米陣列結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)變化，基本保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0028]實(shí)施例2
[0029]以N1納米陣列修飾的LSCM作為電極，YSZ作為電解質(zhì)裝配的對(duì)稱(chēng)電池的阻抗測(cè)試。
[0030]將LSCM粉末和釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)以質(zhì)量比65:35均勻混合，適當(dāng)加入乙基纖維素松油醇制成漿料，均勻地涂在致密的釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)電解質(zhì)的表面，經(jīng)100tC溫度下煅燒3個(gè)小時(shí)，制成LSCM對(duì)稱(chēng)電池。經(jīng)過(guò)上述水熱法處理之后，即可獲得的N1納米陣列修飾的LSCM電極的對(duì)稱(chēng)電池。用對(duì)稱(chēng)電池進(jìn)行阻抗測(cè)試，得到在800°C不同氫分壓條件下的極化電阻。
[0031]圖3為本發(fā)明中N1納米陣列修飾的LSCM對(duì)稱(chēng)電池在800°C不同氫分壓下的極化電阻。從圖中可知隨著氫氣濃度的升高，其極化電阻在不斷降低，在100%氫氣時(shí)，極化電阻為
0.25 Ω.Cm20
[0032]以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思所作的舉例和說(shuō)明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改性LSCM電極，其特征在于:所述的改性LSCM電極為N1納米片陣列修飾的LSCM電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性LSCM電極，其特征在于:使用水熱合成方法使LSCM電極表面原位生長(zhǎng)N1納米片陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性LSCM電極，其特征在于:所述的N1納米陣列由厚度為90-1lOnm的納米片構(gòu)成，長(zhǎng)度為1-2μηι。4.一種改性LSCM電極的制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)將Ni(NO3)2.5H20，NH4F和CO(NH2)2溶于去離子水中，使用磁力攪拌機(jī)在常溫下攪拌20-40min，形成均勻透明的前驅(qū)體溶液； (2)將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中； (3)將LSCM空白電極垂直浸入前驅(qū)體溶液中； (4)將水熱釜密封好，然后在真空干燥箱于90-110°C保溫9-1Ih; (5)自然冷卻到室溫后，取出樣品，并用去離子水和酒精清洗； (6)將清洗后的樣品置于高溫爐中，于340-360°C處理1.8-2.1h，即可。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性LSCM電極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中Ni(NO3) 2.5出0、順4?、0)(順2)2的摩爾比為1:4:1。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK106025315SQ201610589299
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】張勇, 齊文濤, 崔接武, 秦永強(qiáng), 舒霞, 王巖, 吳玉程
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)