專利名稱：一種用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法。
背景技術(shù)：
鍶摻雜鈣鈦礦材料因其具有高的電子(和離子)電導(dǎo)率和對氧氣的還原(或氧離 子氧化)反應(yīng)的催化活性被廣泛用于固體氧化物電池的氧電極。研究表明該材料的表面性質(zhì)顯著影響電極電化學(xué)性能。目前，常用酸法處理鍶摻雜鈣鈦礦材料以改變其表面化學(xué)性質(zhì)，但是酸法處理會對電極材料本體造成破壞，對處理?xiàng)l件的要求苛刻，因此控制過程較為困難，并且得到的改性電極電化學(xué)性能不穩(wěn)定，不適合工業(yè)放大使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種易于控制且不會對電極材料本體造成破壞的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，包括以下步驟a)提供堿溶液并預(yù)熱；b)提供用于固體氧化物電池的氧電極層；c)將所述氧電極層放入預(yù)熱的堿溶液中靜置預(yù)定時(shí)間以使其反應(yīng)；d)取出反應(yīng)后的氧電極并對其進(jìn)行熱處理，得到改性氧電極。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，通過熱堿處理可以改變鍶摻雜鈣鈦礦材料的表面化學(xué)性質(zhì)，從而提高材料的表面活性以及最終電極的電化學(xué)性能，該方法不會對電極材料本體造成破壞，對處理?xiàng)l件的要求不苛刻，因而易于控制，得到的改性電極電化學(xué)性能穩(wěn)定，適合工業(yè)放大。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟a)中，所述堿溶液中的氫氧根離子濃度為
O.Ol—lOmol/L。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟a)中，所述預(yù)熱溫度為40-100°C。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述步驟b)包括b-Ι)制備固體氧化物電池的氧電極層；b-2)將所述氧電極層與電解質(zhì)燒結(jié)，得到固體氧化物電池。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述氧電極層由鍶摻雜鈣鈦礦材料構(gòu)成，所述電解質(zhì)的材料為離子導(dǎo)電陶瓷材料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述離子導(dǎo)電陶瓷材料包括氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、稀土摻雜氧化鈰、鍶鎂摻雜鎵酸鑭。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述燒結(jié)溫度為350_1600°C。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟c)中所述預(yù)定時(shí)間為O. 5min_12h。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述步驟d)包括d-Ι)用去離子水多次清洗取出后的氧電極層；d-2)將清洗后的氧電極層在空氣中進(jìn)行熱處理，得到改性電極層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熱處理溫度為60-500°C。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法的流程示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池的剖面示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池的俯視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池的交流阻抗測試結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。首先，參考圖I描述本發(fā)明所涉及的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法的流程。具體的，本發(fā)明所涉及的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法包括以下步驟
a)提供堿溶液并預(yù)熱；b)提供用于固體氧化物電池的氧電極層；c)將所述氧電極層放入預(yù)熱的堿溶液中靜置預(yù)定時(shí)間以使其反應(yīng)；d)取出反應(yīng)后的氧電極并對其進(jìn) 行熱處理，得到改性氧電極。由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，通過熱堿處理可以改變鍶摻雜鈣鈦礦材料的表面化學(xué)性質(zhì)，從而提高材料的表面活性以及最終電極的電化學(xué)性能，該方法不會對電極材料本體造成破壞，對處理?xiàng)l件的要求不苛刻，因而易于控制，得到的改性電極電化學(xué)性能穩(wěn)定，適合工業(yè)放大。關(guān)于步驟a)，需要理解的是，所述堿溶液的來源沒有特殊限制，可以是購買所得，也可以通過堿溶于水配制所得，只要滿足堿溶液中的氫氧根離子濃度為O. Ol-lOmol/L即可。考慮到反應(yīng)需要，所述堿溶液可以預(yù)熱至40-100 V。關(guān)于步驟b)的方法沒有特殊限制，其具體 可以包括b-Ι)制備固體氧化物電池的氧電極層；b-2)將所述氧電極層與電解質(zhì)燒結(jié)，得到固體氧化物電池。關(guān)于用于固體氧化物電池的氧電極層，需要理解的是，所述氧電極層的制備方法沒有特殊限制，例如可以包括絲網(wǎng)印刷、旋涂、浸涂、電沉積、氣相沉積、脈沖激光沉積、離子注入等。將所述氧電極層與電解質(zhì)燒結(jié)，可以得到固體氧化物電池。其中，所述氧電極層可以由鍶摻雜鈣鈦礦材料構(gòu)成，所述電解質(zhì)的材料可以為離子導(dǎo)電陶瓷材料，優(yōu)選地，所述離子導(dǎo)電陶瓷材料包括氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、稀土摻雜氧化鈰和鍶鎂摻雜鎵酸鑭?？紤]到氧電極層制備方法的不同，燒結(jié)溫度可以為350_1600°C。步驟c)的具體操作沒有特殊限制，只要能使所述氧電極層與預(yù)熱的堿溶液反應(yīng)即可。優(yōu)選地，可以將所述氧電極層放入預(yù)熱的堿溶液中靜置預(yù)定時(shí)間以使其反應(yīng)；所述預(yù)定時(shí)間根據(jù)反應(yīng)需要可以為O. 5min-12h。關(guān)于反應(yīng)后的氧電極層的處理方法沒有特殊限制，例如可以包括以下步驟d-Ι)用去離子水多次清洗取出后的氧電極層；d-2)將清洗后的氧電極層在60-500°C空氣氛圍中進(jìn)行熱處理，得到改性電極層。由此，便可得到具有較高電化學(xué)性能的氧電極層。下面結(jié)合具體實(shí)施例描述根據(jù)本發(fā)明的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法。實(shí)施例I取一對稱圓片電池(如圖2和圖3所示)，電池的電解質(zhì)10為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，氧電極層20為鍶摻雜鈣鈦礦材料/鍶摻雜錳酸鑭的復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)。將O. 032克氫氧化鈉溶于80毫升去離子水，并加熱至100°C ;將電池放入熱堿溶液中保持15min后取出；用去離子水清洗電池，在100°C烘箱中烘干。實(shí)施例2取一對稱圓片電池(如圖2和圖3所示)，電池的電解質(zhì)10為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，氧電極層20為鍶摻雜鈣鈦礦材料/鍶摻雜錳酸鑭的復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)。將12. 8克氫氧化鈉溶于37毫升去離子水，并加熱至100°C ;將電池放入熱堿溶液中保持12h后取出；用去離子水清洗電池，在100°C烘箱中烘干。對比例I取一對稱圓片電池(如圖2和圖3所示)，電池的電解質(zhì)10為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，氧電極層20為鍶摻雜鈣鈦礦材料/鍶摻雜錳酸鑭的復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)。分別將對比例I中的電池⑷、實(shí)施例I中反應(yīng)后的電池⑶和實(shí)施例2中反應(yīng)后的電池(C)在開路條件下，于700°C進(jìn)行交流阻抗測試，結(jié)果表明電池在反應(yīng)后的初始電化學(xué)性能相對于反應(yīng)前，具有了明顯的提高(如圖4所示)。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何 的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，包括以下步驟 a)提供堿溶液并預(yù)熱； b)提供用于固體氧化物電池的氧電極層； c)將所述氧電極層放入預(yù)熱的堿溶液中靜置預(yù)定時(shí)間以使其反應(yīng)； d)取出反應(yīng)后的氧電極并對其進(jìn)行熱處理，得到改性氧電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，在所述步驟a)中，所述堿溶液中的氫氧根離子濃度為O. 01-10mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法， 其特征在于，在所述步驟a)中，所述預(yù)熱溫度為40-100°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，所述步驟b)包括 b-Ι)制備固體氧化物電池的氧電極層； b-2)將所述氧電極層與電解質(zhì)燒結(jié)，得到固體氧化物電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，所述氧電極層由鍶摻雜鈣鈦礦材料構(gòu)成，所述電解質(zhì)的材料為離子導(dǎo)電陶瓷材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，所述離子導(dǎo)電陶瓷材料包括氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、稀土摻雜氧化鈰、鍶鎂摻雜鎵酸鑭。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，所述燒結(jié)溫度為350-1600°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，步驟c)中所述預(yù)定時(shí)間為O. 5min-12h。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，所述步驟d)包括 d-Ι)用去離子水多次清洗取出后的氧電極層； d-2)將清洗后的氧電極層在空氣中進(jìn)行熱處理，得到改性電極層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，其特征在于，所述熱處理溫度為60-500°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，包括以下步驟a)提供堿溶液并預(yù)熱；b)提供用于固體氧化物電池的氧電極層；c)將所述氧電極層放入預(yù)熱的堿溶液中靜置預(yù)定時(shí)間以使其反應(yīng)；d)取出反應(yīng)后的氧電極并對其進(jìn)行熱處理，得到改性氧電極。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于提高固體氧化物電池中的氧電極的電化學(xué)性能的方法，通過熱堿處理可以改變鍶摻雜鈣鈦礦材料的表面化學(xué)性質(zhì)，從而提高材料的表面活性以及最終電極的電化學(xué)性能，該方法不會對電極材料本體造成破壞，對處理?xiàng)l件的要求不苛刻，因而易于控制，得到的改性電極電化學(xué)性能穩(wěn)定，適合工業(yè)放大。
文檔編號H01M4/88GK102646838SQ20121012095
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者任耀宇, 林旭平, 鄧長生, 馬景陶 申請人:清華大學(xué)