實(shí)施方式】
[0014]下面通過(guò)具體實(shí)施例做進(jìn)一步描述。
[0015]利用靜電紡絲方法制備由鈣鈦礦氧化物PrBaQ.92Co206_s ( δ為缺氧量)與電解質(zhì)Gda Aetl.P1.95構(gòu)成的核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)中低溫SOFC陰極材料
步驟一、分別配制PrBaa92Co206_s紡絲前驅(qū)體溶液和Gd α Kea9Ou^絲前驅(qū)體溶液 PrBaa92Co206_s紡絲前驅(qū)體溶液配制過(guò)程:
按照合成0.4mmol PrBaQ.92Co206_s的金屬離子計(jì)量比準(zhǔn)確稱(chēng)取Pr (NO3) 3.6H20 0.174g、Ba (NO3) 2 0.0961g、Co(Ac)2.4H20 0.199g，放入由 0.2ml 去離子水、0.5ml 酒精與 6ml N，N_二甲基甲酰胺構(gòu)成的混合溶劑中，在室溫下磁力攪拌至以上試劑完全溶解、混合均勻；然后將
1.0克聚乙烯吡咯烷酮在磁力攪拌下溶于以上混合溶液，得到混合均勻的PrBaa92Co2CVs紡絲前驅(qū)體溶液，將溶液超聲去氣泡，在室溫下放置10小時(shí)；
電解質(zhì)Gda Aetl.A95紡絲前驅(qū)體溶液配制過(guò)程:
將0.35克聚乙烯吡咯烷酮溶于由0.2ml去離子水、0.5ml酒精與2ml N，N-二甲基甲酰胺構(gòu)成的混合溶劑中，在室溫下磁力攪拌至完全溶解；按照合成0.4mmol Gda Aea9O1^5的金屬離子計(jì)量比稱(chēng)取0.156克Ce (NO3) 3.6Η20、0.018克Gd (NO3) 3.6Η20,加入以上混合溶液中，室溫下磁力攪拌至完全溶解，得到電解質(zhì)Gda Ketl.Wu5紡絲前驅(qū)體溶液，將溶液2超聲去氣泡，在室溫下放置10小時(shí)。
[0016]步驟二、PrBaa92Co2CVs-GdaiCea9Oh9i^ -殼納米纖維的靜電紡絲制備
分別將以上配制好的PrBaa 92Co206_ s紡絲前驅(qū)體溶液與Gd & iCea鞏.95紡絲前驅(qū)體溶液注入靜電紡絲注射器的內(nèi)層與外層通道內(nèi)，調(diào)節(jié)紡絲針頭與接受器的間距為10cm，加高壓10-15 kV進(jìn)行同軸噴射，利用注射泵控制PrBaa92Co206_s溶液與Gd CllCea9C^95溶液的流速為5-20 μ 1/min,同軸紡絲得到PrBaQ.92Co206_s組分為纖維核、Gd CllCea9Oh9組分為外殼層的納米纖維；改變兩種紡絲前驅(qū)體溶液的注入位置，即將Gdci lCetl 9O19^液注入靜電紡絲注射器的內(nèi)層通道，而PrBaa92Co206_s溶液注入外層通道，進(jìn)行靜電紡絲，則得到GdaKea9O1^組分為纖維核、PrBa a92Co206_s組分為外殼層的同心復(fù)合纖維；將獲得的PrBaaD2Co2CVs-GdaiCea9Oh9^心復(fù)合纖維在60°C干燥箱內(nèi)干燥處理20小時(shí)。
[0017]步驟三、PrBa0 92Co206_δ -Gd0 !Ce0.90L 95同心復(fù)合纖維陰極燒結(jié)成相
將以上干燥后PrBaa92Co2CVs-GdaiCea9Oh95同心復(fù)合纖維進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，首先以3°C /分鐘升溫速率加熱至600°C，保溫3小時(shí)，然后以5°C /分鐘速率加熱至1050°C并保溫2小時(shí)，最后以10°C /分鐘速率降溫至室溫，得到兩種不同構(gòu)造的PrBaa92Co2CVs-GdaiCea9Oh95核-殼納米纖維陰極材料，其中PrBaa92Co206_s為正交相層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，GdaiCea9Oh95S面心立方相結(jié)構(gòu)。獲得的PrBaa92C02CVs-GdaiCea9Ou^ -殼納米纖維陰極在500-700°C溫度下氧還原催化活性增強(qiáng)30-80%，熱膨脹系數(shù)降低20-40%，抗CO2表面吸附毒化能力提高40-70%，陰極綜合性能提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)中低溫固態(tài)氧化物燃料電池陰極，其特征在于，所述的核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)陰極由納米纖維核與納米外殼層構(gòu)成，所述納米纖維核與納米外殼層分別由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A與氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B構(gòu)成，或者相反，由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A構(gòu)成納米外殼層，氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B構(gòu)成納米纖維核；所述納米纖維結(jié)構(gòu)中，納米纖維核直徑為50-500納米，納米外殼層厚度為100-800納米。
2.權(quán)利要求1所述的一種核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)中低溫固態(tài)氧化物燃料電池陰極的靜電紡絲制備方法，其特征在于，首先分別配制鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A紡絲前驅(qū)體溶液和氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B紡絲前驅(qū)體溶液，然后將兩種紡絲前驅(qū)體溶液分別注入內(nèi)層與外層紡絲通道內(nèi)，或者將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A紡絲前驅(qū)體溶液和氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B紡絲前驅(qū)體溶液注入相反紡絲通道，進(jìn)行同軸紡絲，制備同心復(fù)合纖維，纖維經(jīng)干燥、高溫?zé)Y(jié)，獲得由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A和氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B構(gòu)成的兩種不同核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)陰極材料；本發(fā)明所述的核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)陰極的具體制備步驟如下: 步驟一、分別配制鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A紡絲前驅(qū)體溶液和氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B紡絲前驅(qū)體溶液； 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A紡絲前驅(qū)體溶液配制過(guò)程: 按照鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物的化學(xué)計(jì)量比，稱(chēng)取所需的含相應(yīng)金屬離子的醋酸鹽或硝酸鹽試劑，磁力攪拌下溶于去離子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶劑中，然后在磁力攪拌下將聚乙烯吡咯烷酮溶于以上混合溶液；或者，首先在磁力攪拌下將聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶劑中，然后再將所需的含相應(yīng)金屬離子的醋酸鹽或硝酸鹽試劑加入、磁力攪拌至完全溶解；混合溶液中去離子水、酒精與N，N-二甲基甲酰胺溶劑的體積比為0.1-0.5: 0.5-1: 5-10，聚乙烯吡咯烷酮的用量為以上混合溶液中醋酸鹽與硝酸鹽試劑總質(zhì)量的1.5-3倍；將混合均勻的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物紡絲前驅(qū)體溶液超聲去氣泡，在室溫下放置5-15小時(shí)； 氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B紡絲前驅(qū)體溶液配制過(guò)程: 按照電解質(zhì)氧化物的化學(xué)計(jì)量比，稱(chēng)取所需的含相應(yīng)金屬離子的醋酸鹽或硝酸鹽試劑，，磁力攪拌下溶于去離子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶劑中，然后將聚乙烯吡咯烷酮溶于以上混合溶液；或者，首先將聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水-酒精-N，N- 二甲基甲酰胺混合溶劑中，然后再將所需的含相應(yīng)金屬離子的醋酸鹽或硝酸鹽試劑加入、磁力攪拌至完全溶解；混合溶液中去離子水、酒精與N，N- 二甲基甲酰胺溶劑的體積比為0.1-0.5:.0.5-1: 5-10，聚乙烯吡咯烷酮的用量為以上混合溶液中醋酸鹽與硝酸鹽試劑總質(zhì)量的.1.5-3倍；得到氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)紡絲前驅(qū)體溶液，將溶液2超聲去氣泡，在室溫下放置.5-15小時(shí)； 步驟二、核-殼納米纖維的靜電紡絲制備 分別將以上配制好的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A紡絲前驅(qū)體溶液和氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B紡絲前驅(qū)體溶液注入靜電紡絲頭的內(nèi)層與外層通道內(nèi)，進(jìn)行共軸噴射，紡絲條件:紡絲液的流速5-30 μ 1/min，紡絲電壓10_25kV，紡絲針頭與接受器的間距5-15cm ;納米纖維的核-殼構(gòu)造由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體氧化物組分A紡絲前驅(qū)體溶液和氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B紡絲前驅(qū)體溶液在內(nèi)層與外層通道的注入位置決定，通過(guò)改變紡絲電壓與兩種紡絲液的流速對(duì)納米纖維中纖維核的直徑與外殼層的厚度進(jìn)行調(diào)控，得到不同構(gòu)造的核-殼同心復(fù)合纖維，然后將纖維在40-80°C干燥箱內(nèi)干燥處理.10-20小時(shí)； 步驟三、核-殼納米纖維陰極燒結(jié)成相 將以上干燥后同心復(fù)合纖維進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)條件是:以3-6°C /分鐘升溫速率加熱至400-600°C，保溫2-5小時(shí)，然后以5-10°C /分鐘速率加熱至1000-1150°C并保溫1_5小時(shí)，最后以5-12°C /分鐘速率降溫至室溫，在此高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物組分與氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分各自成相，形成核-殼納米纖維陰極材料。
【專(zhuān)利摘要】一種核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)中低溫固態(tài)氧化物燃料電池陰極及其靜電紡絲制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。所述核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)陰極由納米纖維核與納米外殼層構(gòu)成，纖維核與外殼層分別由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)離子-電子混合導(dǎo)體組分A與氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)組分B構(gòu)成，或者組分相反；上述核-殼納米纖維陰極由靜電紡絲制備，分別配制組分A和組分B紡絲前驅(qū)體溶液，將兩種溶液分別注入內(nèi)層或外層紡絲通道內(nèi)進(jìn)行紡絲，將復(fù)合纖維干燥、高溫?zé)Y(jié)，獲得核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)陰極材料。此核-殼納米纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)中低溫SOFC陰極氧還原催化活性、抗CO2表面吸附毒化能力及結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定性，且工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【IPC分類(lèi)】H01M4-88, H01M4-86, B82Y30-00, D01F9-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104752734
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510086996
【發(fā)明人】姜雪寧, 周文龍, 王姣, 賈國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年2月25日