文章简介
20125511385631685
新型IT-SOFC阴极材料的合成和表征
张雅莉1，文衍秋1，李秀娟2，彭艳菲2，张国庆[1],2*，尹振燕3
1济宁市产品质量监督检验所，济宁，272000；2鲁南煤化工研究院，济宁272000；3山东卡松科技有限公司，济宁，272005
摘 要 以La(NO3)3·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O为原料，尿素为燃料，采用凝胶低温燃烧技术合成La2Ni0.7Co0.3O4粉体，利用各种分析方法粉体进行研究。X射线衍射分析表明：适当提高尿素在凝胶中的含量，燃烧后得到的粉体晶粒尺寸显著减小，未经燃烧的粉体中除含有La2Ni0.7Co0.3O4外,还有La2O3、CoO、 La2CO5等杂质相。扫描电镜观察发现，随着锻烧温度的提高， La2Ni0.7Co0.3O4粉体的粒径有所增大，且远小于在相同锻烧条件下用固相反应法制备的La2Ni0.7Co0.3O4。采用低温燃烧法能够合成具有单一相结构的La2Ni0.7Co0.3O4粉体。
关键词：中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC), 阴极材料 La2Ni0.7Co0.3O4 低温燃烧合成(LSC)
Synthesis and Characterization of a new Cathode Material using in IT-SOFC
ZHANG Ya-li1,WEN Yan-qiu1, LI Xiu-juan2, PENG Yan-fei2, ZHANG Guo-qing1,2,YIN Zhen-yan3,
1.Jining Product Quality Supervision and Inspection Institute，272000; 2.Lunan Research Institute of Coal Chemistry,Jining,272000;3.Shandong kasong science and technology Co.，Ltd，272005;
Abstract: The La2Ni0.7Co0.3O4 powders were synthesized using La(NO3)3·6H2O and Ni(NO3)2·6H2O and Co(NO3)2·6H2O as the starting materials and urea as the fuel by the gel combustion process. Several analysis techniques were used to study the gel and the synthesized powders. XRD analysis shows that mild excess fuel was more in favor of the synthesis of La2Ni0.7Co0.3O4 powders with fine crystallite size in comparison with urea fuel. SEM observations show that the particlesize of La2Ni0.7Co0.3O4 is increased with the increase of calcination temperature. The size of La2Ni0.7Co0.3O4 powders prepared by combustion process is much less than that prepared by solid-state reaction process.
Key words: intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC), cathode material, La2Ni0.7Co0.3O4, low temperature combustion synthesis (LCS)
1引言
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种直接将燃料气体和氧化气体的化学能直接且连续转变化为直流电能的全固体组件的电化学发电装置[1]。它不受限制，具有能量转化效率高(可达50%-60%)、对燃料适应性强、环境友好、无污染等突出优点，日益受到人们的重视[2,3]。近年来，一些具有电子和氧离子混合传导特性的类钙钛矿型A2BO4复合氧化物成为人们研究的热点。由于良好的晶体结构、独特的电化学性能以及较高的氧化、还原等催化活性，其在新材料方面已得到了高度的重视[4-6]。具有高的电子电导和氧离子电导的混合导体材料是潜在的SOFC阴极材料，如Nd2NiO4和La2Ni1-xCuxO4[7]等.
低温燃烧合成(Low-temperature combustion synthesis, LCS)是相对于自蔓延高温合成(Self-propa-gating Hight-temperature synthesis, SHS)而提出的一种新型材料制备技术，突出优点是点火温度低(300-500℃)，不需要专门点火装置；燃烧温度低，多组分物料的配料可在液相进行，有利于各组分的分布均匀性及合成用SHS技术难以合成的多组元纳米级氧化物粉体。因此近年来得到广泛的重视[8]。本文以La(NO3)3·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O以及Co(NO3)2·6H2O为原料，尿素为燃料，采用凝胶低温燃烧技术合成了La2Ni0.7Co0.3O4粉体，并将其与固相反应法制备的La2Ni0.7Co0.3O4粉体进行对比。
1实验方法
将摩尔比为La : Ni : Co=2:0.7:0.3的La(NO3)3·6H2O和Co(NO3)2·6H2O以及Co(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中，加入一定比例的尿素(尿素与硝酸盐的化学配比计量方法采用推进化学的热化学理论[9])，添加一定比例（约占尿素量5mol%）的NH4NO3，于135℃加热蒸发水分至变成紫色的干凝胶， 450℃煅烧2h，得到黑色粉体，再将其在450℃, 700℃和950℃下分别锻烧2h。同时采用固相反应法合成了La2Ni0.7Co0.3O4粉体，进行比较分析。
2测试与分析
利用TG/DSC热分析仪对干凝胶进行热分析、利用D/max-2500PC型X射线衍射(XRD，CuKα)仪研究合成粉体的相组成、利用JSM-6360LA型SEM&EDS观察粉体的微观形貌。
3结果与讨论
3.1产物的热分析
硝酸盐和尿素的化学配比是按照发生完全燃烧反应时确定的[10]，当其产物为理论上的La2Ni0.7Co0.3O4、CO2、H2O和N2燃烧反应方程式为：
2La(NO3)3·6H2O(C)+0.7Ni(NO3)2·6H2O(C)+0.3Ni(NO3)2·6H2O(C)+6.67CO(NH2)2+0.005O2(g)=La2Ni0.7Co0.3O4+6.67CO2(g)+10.67N2(g)+31.34H2O(g)
其中c表示crystalline, g表示gas，当反应物硝酸盐和尿素比例符合上反应方程式时，即为化学配比，记做stoi.，当尿素的量为化学配比的0.5、1.5、2、3倍时分别记为50%stio.、150%stio.、200%stoi.和300%stio.。
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（a） |
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Temperature（℃） |
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stoi. |
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50%stoi. |
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150%stoi. |
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200%stoi. |
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300%stoi. |
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