沉淀法制备草酸镍对SOFC阳极电性能的影响

图 ４ 单电池的 ＩＶ ＩＰ关 系图 －／ —
Ｆｇ４Ｔｈ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅ ｏ ｅｌ ｏｌ ｇ ｎ ｏ ｒｄ ｎ ｉ ｉ． ｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｃ ｆｃ ｌｖ ｔ ｅ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｅ ｓｔ ａ ｙ ｏ ｕ ｒ ｎ ｅｎ ｉ ｎｃ ｒｅ ｔｄ ｓｔ ｙ
沉淀法制备草酸镍。 以草酸镍作为 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ阳极材料。 在制备 Ｎ Ｃ０ ＂Ｈ０的过程 中加入少量的 Ｐ Ｇ溶液 ｉ２４ ２ ２ Ｅ
之一。阳极孔分布比较均匀 ，气孔率约为 ３ｖ１ ０ｏ． ％，
《 陶瓷学报｝０ １ ２ １ 年第 ３ 期
说明阳极具有疏松 多孔 的结构 ， ｉ ＮＯ在Ｙ Ｚ之 间分 Ｓ
布比较均匀 ， 随着三相交界 区 Ｔ Ｂ长度的增加 ， ｉ Ｐ Ｎ— Ｙ Ｚ阳极的催化活性得到加强 ［］ Ｓ Ｓ ６ ， Ｚ之间也形成 －Ｙ ８
２３ 半 电池 的形貌 分析 ．
看出其衍射峰的 ２ 值分别为 ｌ． ２ ．。 ０２，５ Ｏ ８ ２ ’ ． ３． ８ ８ ３ ｏ ６
采用电极支撑 的电解质结构是实现 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ中温 ４ ． ，７ 。 ９１ ５ ． ，８ 。 ３ 。 ． ， ． ，１ 。 ． ， ８ ４ ６ ４ 。 ３ ５ ４ 与标准的ＮＩ２４ Ｈ ０ ｉ Ｏ ・ ２ 化的必然选择。 ２ Ｃ ２ 制备致密的电解质和多孔的电极是阳 （ 卡片号 Ｊ Ｐ Ｓ ５ ０８ ） Ｃ Ｄ ２— ５ １一致 ， 对应的这些 峰分别是 极支撑型 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的基本要求。 阳极 中的 Ｎ Ｃ０ ＂ ２ ｉ２４ Ｈ０ ２
这 归 属于 ＮＣＯ ・Ｈ Ｏ 中 ２个 配 位 水 的脱 除 ； ｉ ２ ｚ 在
图 ３ 半 电池的 Ｓ Ｍ 图 Ｅ
Ｆｇ３ ＳＥＭ ｆｈ ｌＣｅｌ ｉ． ｏ ａｆ ｌ
３０ ４０ ０ — ０ ℃之间（ 图中峰值为 ３４ ℃） ６ ． 出现了一个尖 ５ 锐的吸热峰 ， 伴随着 ４ ． ％的失重 ， ５９ ３ 这归属于 ＮＣ０ ｉ２
于 １０ ℃焙烧 ｌ。 ２０ ｈ
多科研工作者一直在寻求具有高催化活性的阳极材
料来制备固体氧化物燃料电池。 草酸镍是一种性能 良
好的催化剂制备原料 ， 本文尝试通过沉淀法制备草酸
镍粉体 ， 探索具有结构均匀、 催化活性高、 稳定性好的
固体氧化物燃料 电池 阳极材料 。
１ 实 验
称取一定量的 Ｎ （Ｏ ） ６ ２（ ｉ 。・Ｈ０ 分析纯 ， Ｎ 国药集 团 化学试剂有 限公司） 配制成 ０ ｍｏＬ镍溶液 ， ． ｌ ５ ／ 然后加
，
草酸镍颗粒 的形成实现了形核与生长过程分开 ， 颗
粒在一次形核基础上按生长方式长大 ， 无二次形核及 Ｎ Ｏ Ｙ Ｚ混合均匀 。这就说明通过沉淀法制 备的 ｉ和 Ｓ Ｎ Ｃ０ ＂ ２ ｉ２４ Ｈ０作为阳极材料 ， ２ 完全满足 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的要求。
团聚发生 ， 从而制备出了单分散性好的球形 Ｎ ＣＯ ・ ｉ ４ ２ 粉体。以 ＮＣ０ ・Ｈ ０作为阳极材料 ， ０ ｉ２４ ２ ２ 具存限 高 的催化 活 性 ， 得 单 电池 以 Ｈ 作 为燃 料 在７ ｏ 使 ２ ５￣ ｃ 的开路 电压为 １ ５ 最高功 率密度 为 １ ２ ｃ ￣ ． Ｖ， ０ ． Ｗ／ 。 ３ ｍ
第 ３ 卷第 ３ ２ 期 ２１年 ９月 ０１
《 陶瓷学报》
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＣＥ ＲＡ ＭＩ ＣＳ
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ３ 】３ ． ． Ｓ ｐ． ０ １ ｅ ２ １
文章编号 ：０ ０ ２ ７ （０ ）３－ ８ － ４ １ ０－ ２ ８ ２ １ ０ － ３ １ ０ １ ０
沉淀法制备草酸镍对 Ｓ Ｃ阳极 电性能的影响 ＯＦ
石纪军 吴也凡 罗凌虹 程 亮 王乐莹 余永 志
（ 景德镇陶瓷学院， 江西 景德镇 ３３ ０ ） ３ ０１
摘 要
以Ｎ（Ｏ）６ ２ ｉ ￣・Ｈ０为主要原料 ， Ｎ 。 氨水为沉淀剂， 采用沉淀法制备草酸镍。 以草酸镍作为 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ阳极材料。 通过 Ｘ Ｄ、Ｔ － Ｇ、 Ｒ Ｄ ＡＴ Ｓ Ｍ和电化学工作站等测试手段分别对粉体物相、 Ｅ 热综合分析及电池的结构与电性能进行了表征。 研究结果表明， 利用沉淀法制
中图分 类号 ： Ｑ１ ４７ 文献标识码 ： Ｔ ７ ．５ Ａ
入约 ２ ％的 Ｐ Ｇ ４０ 分析纯 ， Ｅ 一Ｏ （ 国药集 团化学试剂有
０ 前 言
随着全球环境污染的 日 益严重 ， 清洁能源的优化 开发愈来愈显现出它的重要性。 固体氧化物燃料电池 是把化学反应的化学能直接转化为电能的装置 ， 它具 有污染物排放低、 发电效率高 、 可用燃料多样化、 余热
５ Ｏ
６ Ｏ
７ Ｏ
８ Ｏ
２ｔｅ （ ） ｈｔ 。 ａ
Ｔｅ ｅａｕｅ（ ） ｍｐ ｒｔｒ ℃
图 １ 制 备 的 草 酸镍 ＸＲ 图 Ｄ
Ｆｇ． ＸＲＤ ｐ ｔ ｒ ｆｎｃ ｅ ｘ ｌｔ ｉ１ ａｔ ｎ ｏ ｉｋ ｌ ａａｅ ｅ ｏ
图 ２ 草 酸镍 粉 体 的 Ｄ Ａ Ｔ 曲线 Ｔ —Ｇ
入能够改善粉体的粒度以及颗粒的形貌 ， 同时也可以
ｌ ＡＲＫ Ｓ Ｐ 。ＶＯＨＳ Ｊ Ｍ 。 Ｇ０Ｒ Ｒ ．Ｄｉ ｃ ｘｄ ｔ ｎ ｆ ＴＥ Ｊ ｒ ｔ ｏ ｉ ａ ｏ ｏ ｅ ｉ
（） １
２ 结 果 分析 与讨 论
２１制备的草酸镍粉体的 Ｘ Ｄ分析 ． Ｒ
法制备的草酸镍粉体来代替阳极 中的 ＮＯ是可行的。 ｉ
Ｎｉ ２ ‘Ｈ Ｏ ＣＯ４２ ２ ＝Ｎ Ｃ ０ 十 Ｈ２ ｉ ２ ４２ ０
Ｎ Ｃ０ ＝ Ｏ ２ Ｏ ｉ ２ ４Ｎｉ ＋ Ｃ
（） ２
图ｌ 为固定条
Ｊ 备的草酸镍Ｘ Ｄ图。 Ｐ］ Ｒ 从￣－Ａ ． Ｖ
是未来最有前途的发 电技术之一 ，在近 ３ 年得到了 ０ 迅猛的发展。 阳极是固体氧化物燃料 电池 的重要组成
部件之一 ，它 的主要作用是作为电化学反应的催化
最后用乙醇进行洗涤 ， 以保证除去杂质 ， 得到的离心 沉淀放 入１１ － 型电 笺 ０Ａ ２ 中 ８℃干燥 １ｌ ０ ２ｏ ｌ
ＪＭ－ ７ ０ Ｓ － ０ Ｆ型场发射扫描 电子显微镜对单电池形貌 ６
Biblioteka Baidu
基金项 目： 国际科技合作项 目（ ：０９ Ｆ ５２０ ； 自然科学基金（ ：１６０４ ； 编号 ２０Ｄ Ａ １１ ）国家 编号 ５ １２１ ）校青年科学基金
通讯联系人 ： 石纪军 ， － ｉ ｓ ８ １ ＠１３ ｏ Ｅ ｍａ ： ｘ ８ ８ ６ ． ｎ ｌｊ ｃ
可再利用 、 可实现模块化 、 安装简便等优点【。 被认为
限公司） 作为分散剂。将 ＣＨ０ ＂Ｈ０ 分析纯 ， ２２４ ２ （ ２ 国药
集团化学试剂有限公 司） 配成溶液 ， 然后加氨水制成
草酸铵溶液 ， 并调至所需的草酸铵浓度和 ｐ 并将其 Ｈ，
不断地滴入硝酸镍溶液中， 磁力搅拌 ， 直至生成沉淀。 再将充分反应所得的沉淀用湘仪 Ｌ ５ ０ 一 ５ 型离心机以 ３０ｒ ｉ 离心分离，并至少用蒸馏水洗涤 ４ ５ ００ｒｎ ／ ａ — 次，
备的粉体为单斜 晶系的 Ｎ￥２， Ｈ０ 以 ＮＣＯ ＂ ２ 作为 阳极材料 ， ｉ ０ ＂ ２， ｉ￣４ Ｈ（ ２ ２ ２ ） 具有很高的催化活性 ， 使得单 电池在 Ｈ 燃料气下 ７０ ２ ５℃的 开路电压为 １ ５ ， ． Ｖ 最高功率 密度为 １ ２ ｃ ２ ０ ． Ｗ／ 。 ３ ｍ
关键词草酸镍 ； 固体氧化物燃料电池； 性能 电
的分解 。 当分解温度高于 ４ ０ 时 ， ０ ｏ 热重曲线平稳 ， Ｃ 表 进行了分析。以上海辰华的 Ｃ Ｉ ４ Ｈ ６ Ｃ电化学工作站 ０
对单电池的电性能进行了测试 。
明在 ４０ ０ ℃之前草酸镍已经彻底分解。 ＤＡ Ｔ Ｔ — Ｇ研究进一步证实了沉淀法制备的产物为
Ｎ Ｃ０ ＂Ｈ０， ｉ２ ４ ２ 其热分解分为脱水和草酸镍分解二 ２ 如回 １ （ 所示。 ）２ 、） 最终 褊 ０。 担 谚 骄佣 沉 淀
参 考 文 献
在制备 Ｎ Ｃ０ ・Ｈ０的过程 中， ｉ ２ ２ 溶液呈中性及弱 碱性时（ 初始 ｐ ８ ）晶体颗粒 的固有生长习性被 Ｈ＜ ． ， ０
外在因素 一 高过饱和度抑制 ， 细小晶粒间的随机碰 撞导致各个空间方向的生长速度几乎相等 ， 最终形成
趋近于等轴的球形或者类球形颗粒。 另外分散剂的加
（０ ）（０ ）（０ ）（２ ）（１ ）（０ ）（２ ）（２ ） ２２ ，０ ２，４２ ，０ １，３４ ，６４ ，０ ３ ，２ ４
粉体和造孔剂在烧成过程中产生孔隙 ，形成多孔 电
极。 图 ３ 从 可以看出 ， 电解质和阳极结合得很紧密 ， 电
解质的厚度约为 ｌｉ 且致密度高 ， Ｏ ｍ， ｘ 只有极个 别的
闭孔气孔 。 电解质薄膜化是 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ中温化的重要条件
和 （２ ） ４ ５衍射晶面 ， 没有发现其他的杂峰 。 说明利用沉 淀法制备 的粉 体是 Ｎ ２ ２ 属于 单斜 晶系 ， ｉ ０ ・ＨＯ， Ｃ ａ １． ｓ ，＝ ． ３ ￣ ＝ ． ３ ￣ 表明利用沉漱 ＝ １ ７ ｂ ５ ３Ａ ， ９ ３Ａ 。 ７ ３ ｃ ８ 制 备的粉体为单斜 晶系的 Ｎ ２２ ２ ２且 纯 度 很 高。 ｉ ０・ ｏ Ｃ Ｈ
了网状骨架。同时也表明通过沉淀法制备的 ＮＯ的 ｉ 前驱物 ＮＣ０ ＂１０作为阳极材料 ，具有很高的催 ｉ￣４２１ － ２
化活性 ， 使得单电池的电化学性能很好。
３ 结 论
Ｃｕｒｎ ｅｓ （ ｍ２ ｒ ｔ ｎｉ ａ／ １ ｅ ｄ ｗ
Ｎ （ Ｏ） ６ ２ ｉ 。・Ｈ０为主要原料 ， Ｎ 氨水为沉淀剂 ， 采用
收稿 日期 ： １一 ４０ ２ １Ｏ． ｌ ０ －
采用德国 Ｂ ｕｅ ＸＳ ８ Ａ ｖｎｅ Ｘ射线衍 ｒｋｒ Ａ 一 ｄ ａｃ 型 Ｄ 射仪对制备的阳极粉体的物相进行了分析。 采用德国
耐弛仪器制造有限公 司的 Ｓ Ａ４９ Ｔ Ｃ综合热分析仪 ４ 对制备的阳极粉体进行热分析表征。 日 ＪＯ ） 使用 本（ Ｌ Ｅ
《 陶瓷学报》 ０ １ ２ １ 年第 ３期
占 口
∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ０ ∞ 鲫 加
Ｏ ０
０２ ．
Ｏ１ ． ００ ． 兰 一Ｏ １ ．
一
０２ ．
．
０ —０３
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Ｏ４ ． ０５ ． Ｏ６ ．
—
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Ｆｇ２ Ｄ ｉ． ＴＡ－ Ｇ ｕ ｓｏ ｉｋ ｌ ｘ ｌｔ ｏ ｅ Ｔ ｃ ￣ｅ ｎｃ ｅ ａａｅ ｐ ｗｄ ｒ ｆ ｏ
２２ 草酸镍 粉体 的热 分析 －
图 ２为固定条件下样 品的 Ｄ Ａ Ｔ Ｔ — Ｇ曲线 。 从图 中可看 出草 酸镍粉 体 在升 温过 程 中一直 失重 ， 在 ９ ．ｃ ９ ￣时是 自由水的蒸发 ， ｏ 曲线上出现了一个较为宽 的吸热峰 ， 但是草酸镍还没有开始分解 ， 而其分解分 为两个过程 ： ２０ ３０ 在 ０ — ０ ℃之间（ 图中峰值为 ２０ ６￣ Ｃ） 的差热分析曲线上出现 了—个较窄的吸热峰 ， 热重分 析 曲线上对应的温度范围内出现 了 ２ ． ％的失重 ， ４３ ３
称取适量的草酸镍和 Ｙ Ｚ 加入 ５ ｔ ＭＭＡ作 Ｓ， ｗ％Ｐ 为造孔剂和少量的添加 剂 ， 研磨 ， ５ 以 ％的 Ｐ Ａ进行 Ｖ
剂， 为燃料气体的 电化学氧化提供反应场所。因此众
造粒 ， 先利用于压成型法以 ４ ａ ＭＰ 的压力将阳极压成
１ｒ ５ ｍ× ． ｍ的片， ａ ０ｍ ６ 然后以 １Ｍ ａ ４ Ｐ 的压力将 电解 质流延片［压在阳极片上。再放入 ＳＪ１０ 型 电炉 ３ ， ４ １ Ｊ ６０ 一 内， 从室温 ６０ 的升温速率为 １ ／ ｉ，０ —４０ ０￣ Ｃ ￣ ｒ ｎ６０ １０￣ Ｃａ Ｃ 的升温速率为 ３ ／ ｉ，４ ０ ￣ ｒ ｎ １０ ℃保温 ３ 制成半 电池。 ｃａ ｈ 利用丝网印刷技术［ 阴极 Ｌ Ｍ 印刷在 电解质上 ， Ｓ ｌ 将 Ｓ