铋离子掺杂层状双钙钛矿阴极材料及其制备方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及固体氧化物燃料电池的技术领域，特别是涉及到双钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法。背景技术：2.固体氧化物燃料电池作为高效利用率无污染的新能源，高温下电极与电解质反应使电池性能下降，电池的长期运稳定性较差等问题，致使它在商业化应用上还有较长的路要走。3.作为一种新能源材料，钙钛矿型稀土复合氧化物作为混合离子和电子导体使得降低温度下仍具有不错的氧交换能力，还表现出较低的极化电阻，较好的催化活性，因此被广泛研究，但阻碍钙钛矿材料商业化的原因是其存在性能不均衡的问题，比如性能较好时，稳定性较差；降低热膨胀系数，提高稳定性时电化学性能又会下降等问题，层状双钙钛矿虽然比普通钙钛矿在这个问题上有了一定改善，但作为商业化利用仍然不足。因此一些利用掺杂来提高电化学性能的同时提高电池稳定性的方法成为当下研究热点，不同的掺杂方式效果会不同，bi掺杂作为一种掺杂方式在其它材料应用领域较为广泛，大量研究也表明了bi掺杂在提高材料性能方面有不错的作用，bi掺杂发现能够降低烧结温度的作用以及bi2o3的高导电能力都能够提高材料性能，是一种有潜力的提高层状双钙钛矿材料性能的掺杂方法。4.在a位引入异价的碱土或者过渡金属，晶体需要产生额外的氧缺陷和/或提高过渡金属氧化态来平衡已损失的电荷，可以改善钙钛矿材料的氧空穴浓度和反应活性。a位bi掺杂可以提高层状双钙钛矿材料的导电能力，这是因为a位上掺bi形成了具有高离子导电能力的bi2o3，进一步改善氧交换性能，进一步降低层状钙钛矿材料中低温下的极化电阻，随掺杂量增多形成了较多氧空位，提升了层状双钙钛矿的材料的电化学性能， 而且掺杂bi在可以在单电池测试中保持较长时间的好稳定性，给商业化利用提供了不错的条件，除此之外，bi3+熔点较低，这使得a位掺杂bi可以降低固体氧化物燃料电池的烧结温度过高，节能同时还降低成本。技术实现要素：5.为降低现有材料存在的上述问题，本发明要设计一种具有较好的氧交换性能，不错的稳定性，且原料易获取、制备过程简单高效的一种a位掺杂bi改性的双钙钛矿材料及其制备方法。6.实现上述目的，涉及技术方案制备一种a位掺杂bi改性的双钙钛矿材料，材料结构式为ln1-xbixbaco2o5+δ, δ为使化学式的化合物保持电中性的值；a位掺杂bi改性的双钙钛矿材料的制备如下步骤：(1) 称量过量的ln2o3（ln=la、nd、sm、gd、y和pr）等稀土氧化物800℃下预热2小时，滴入适量硝酸在100~150℃加热搅拌使其完全溶解形成ln(no3)3溶液；(2)与同样将称量后的bi(no3)3,ba(no3)2,co(no3)2∙6h2o其他药品按照x：1：2化学计量比称量后加入适量的去离子水中密封保存；(3)将所有药品进行配方，按照g/n=0.54的比例计算出甘氨酸的量加入，放入其它溶液中形成混合溶液；9(1-x)ln(no3)3+9xbi(no3)3+9ba(no3)2+18co(no3)2∙6h2o+44c2h5no2=9ln1-xbixbaco2o5+δ+62.5n2+88co2+218h2o (4)将混合溶液置于磁力搅拌器上，在120~180℃加热搅拌直至水分蒸发后形成黑色凝胶，继续加热并开始燃烧，进而得到前驱体粉末。7.本发明的技术优势为： (1)本发明通过a位上掺bi形成了具有高离子导电能力的bi2o3，改善氧交换性能，使得材料的导电性提高，降低材料的极化电阻；(2)氧空位作为离子传输能力的衡量，随bi3+含量的增加而增加，显示出良好电化学性能；(3)掺杂bi在实际测试中较长时间内保持了好稳定性；(4)本发明利用甘氨酸硝酸盐法制备出的材料工艺简单,自然烧温度较低，可制备出粒径分布均匀，相比于其他方法性能有了较大提升，而且bi3+掺杂能够降低烧结温度，降低了成本，可用于商业化操作。附图说明8.图1是例一合成材料的xrd图。9.图2是例一与sdc、lsgm的阻抗图。10.图3是例一材料不同烧结温度的sem图。具体实施方式11.结合nd1-xbixbaco2o5+δ的附图来进行表述。12.对本发明的方法及制备材料性能进行测试以验证其效果，用表格或图片的方式表现出其优势。13.结合实际领域的应用来验证。14.实施例一：nd1-xbixbaco2o5+δ(x=0.1，nbbc0.1) 双钙钛矿粉末制备。15.具体制备过程如下：(1) 按照组分将称量后的0.9mol的nd2o3稀土氧化物在800℃下预热2小时，滴入适量硝酸在100~150℃加热搅拌使其完全溶解形成nd(no3)3溶液，与0.1molbi(no3)33,1molba(no3)2,2molco(no3)2∙6h2o其他药品按照0.9:0.1:1:2化学计量比称量后加入适量的去离子水中密封保存；(2)将所有药品进行配方，按照g/n=0.54的比例计算出甘氨酸的量加入，放入其它溶液中形成混合溶液；8.1nd(no3)3+0.9bi(no3)3+9ba(no3)2+18co(no3)2∙6h2o+44c2h5no2=9nd0.9bi0.1baco2o5+δ+62.5n2+88co2+218h2o(3)将混合溶液置于磁力搅拌器上，在120~180℃加热搅拌直至水分蒸发后形成黑色凝胶，继续加热并开始燃烧，进而得到前驱体粉末nd0.9bi0.1baco2o5+δ。16.图1为合成的nd0.9bi0.1baco2o5+δ，没有杂相产生，形成结构为四方结构，sem相比ndbaco2o5+δ（1150以上）合成温度有所下降；图2的nd0.9bi0.1baco2o5+δ极化电阻显示出比ndbaco2o5+δ更低。17.实施例二：nd1-xbixbaco2o5+δ(x=0.05，nbbc0.05) 双钙钛矿粉末制备∶(1) 按照组分将称量后的0.95mol的nd2o3稀土氧化物在800℃下预热2小时，滴入适量硝酸在100~150℃加热搅拌使其完全溶解形成nd(no3)3溶液。与0.05molbi(no3)33,1molba(no3)2,2molco(no3)2∙6h2o其他药品按照0.95:0.05:1:2化学计量比称量后加入适量的去离子水中密封保存；(2)将所有药品进行配方，按照g/n=0.54的比例计算出甘氨酸的量加入，放入其它溶液中形成混合溶液；8.65nd(no3)3+0.45bi(no3)3+9ba(no3)2+18co(no3)2∙6h2o+44c2h5no2=9nd0.95bi0.05baco2o5+δ+62.5n2+88co2+218h2o(3)将混合溶液置于磁力搅拌器上，在120~180℃加热搅拌直至水分蒸发后形成黑色凝胶，继续加热并开始燃烧，进而得到前驱体粉末nd0.95bi0.05baco2o5+δ。18.本发明不局限与上述两例，所有关于a位bi掺杂的层状双钙钛矿材料的掺杂方法都为其保护范围。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!