專利名稱：一種多孔燃料電池陽極材料NiCu/C的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及到合金制備過程，特別是涉及到制造高比表的多孔結(jié)構(gòu)特征的方法。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池因?yàn)槠淠芰哭D(zhuǎn)化效率高，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)越來越引起人們的關(guān)注，固體氧化物燃料電池中陽極材料的研究一直存在積碳的難點(diǎn)。以Pt為陽極材料可以很好的解決這一難點(diǎn)，但是Pt價(jià)格昂貴，難以廣泛使用。隨著研究的不斷深入，在文獻(xiàn) Preparation of Cu-Ni/YSZ solid oxide fuel cell a nodes using microwave irradiation. Shamiul Islam，Josephine M. Hill. Journal of Power Sources 196(2011)5091-5094中，研究者們發(fā)現(xiàn)鎳銅合金不僅擁有優(yōu)秀的催化性能，材料對(duì)抗積碳方面也有十分突出的表現(xiàn)。作為電池陽極材料而言它需要具有多孔結(jié)構(gòu)的特征，傳統(tǒng)的制備工藝采用溶膠-凝膠法、共沉淀法等制備，但是制備條件和過程都十分復(fù)雜。專利 201010100423. 2中，給出了一種以碳為模板通過水溶膠制備過程，制備了一種PtRuNi/C三元合金納米催化劑，但是其中需要制備水溶膠、酸堿滴定、真空抽濾、真空干燥等操作，實(shí)驗(yàn)條件及過程復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用高比表活性炭為模板，通過浸漬-烘干-煅燒等途徑， 簡單易行制備多孔結(jié)構(gòu)的鎳銅合金材料的方法，找到了一種價(jià)格適中的Pt極替代材料，解決了高昂價(jià)格Pt電極的替代品及鎳銅合金制備過程中試驗(yàn)操作，反應(yīng)條件復(fù)雜的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案和制備方法如下以高比表面活性炭為硬模板，浸漬前驅(qū)體溶液，過濾除去溶液，將浸漬過的活性炭干燥后于無氧惰性氣氛下放入爐中加熱，降溫即得高比表面多孔燃料電池陽極材料NiCu/ C0所述前驅(qū)體溶液為鎳離子與銅離子按比例的混合溶液。文中所述鎳離子由硝酸鎳或鎳的有機(jī)化合物提供，優(yōu)選硝酸鎳。文中所述銅離子由硝酸銅或銅的有機(jī)化合物提供，優(yōu)選硝酸銅。作為硬模板的高比表面活性炭需在110-120干燥1-2小時(shí)，去除吸附的水分和氣體后再浸漬前驅(qū)體溶液，進(jìn)行后續(xù)處理。在制備前驅(qū)體溶液的過程中，首先根據(jù)鎳離子與銅離子的比例，換算為硝酸鎳、硝酸銅的質(zhì)量稱取化學(xué)藥品，再將質(zhì)量大的藥品用去離子水配置成飽和溶液，將質(zhì)量小的藥品加入到上述飽和溶液中，溶解、攪拌均勻。將干燥好的活性炭以5ml溶液配lg-1. 5g活性炭的比例加入，攪拌1-2小時(shí)。浸漬后的活性炭在加熱爐中煅燒的過程中，首先會(huì)分解形成氧化銅及氧化鎳因?yàn)橛刑挤鄣拇嬖冢?00-600的條件下，恒溫1-2小時(shí)，氧化銅和氧化鎳會(huì)與活性炭發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生單質(zhì)金屬銅和鎳。在金屬單質(zhì)銅和鎳形成的基礎(chǔ)上繼續(xù)加熱到1500-1600恒溫 1-2小時(shí)，單質(zhì)銅和鎳在多孔活性炭中形成合金，并且會(huì)復(fù)制活性炭的多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供方法制備的混有活性炭的MCu/C材料可直接作為陽極材料制備陽極支撐燃料電池，材料中的活性炭可在電池煅燒過程中直接煅燒掉。如果對(duì)于特殊情況需要先行去除活性炭的話，可在有氧環(huán)境下煅燒后再通過氫氣還原為金屬單質(zhì)，再用于制備陽極支撐燃料電池。本發(fā)明的效果和益處是通過簡單方便的操作流程得到了納米級(jí)別的多孔鎳銅合金材料，能夠替代Pt電極催化固體氧化物燃料電池陽極反應(yīng)。解決了制作過程中操作復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)條件苛刻的問題。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。NiCu/C合金的制備實(shí)例將7. 212g硝酸鎳和5. 992g硝酸銅溶于30ml去離子水中，加入6g活性炭浸漬，攪拌半小時(shí)，在100下烘干。于無氧環(huán)境下，用溫控儀以5/min速率分別在170下恒溫一小時(shí)使得硝酸銅分解及在310下恒溫一小時(shí)使得硝酸鎳分解之后，于500恒溫一小時(shí)與碳反應(yīng)還原，再在1500熔化形成合金，自然冷卻降至室溫得到所需鎳銅合金材料。具體升溫過程如下表
權(quán)利要求
1.一種多孔燃料電池陽極材料MCu/C的制備方法，采用的是高比表活性炭為硬模板， 浸漬前驅(qū)體溶液；在無氧環(huán)境下，采用煅燒工藝，先將金屬鹽和有機(jī)化合物分解，再將分解得到的金屬氧化物與碳反應(yīng)還原，最后在金屬熔解溫度下熔解，并復(fù)制活性炭的3D結(jié)構(gòu)； 其表達(dá)式為MM’ /C，其中M及Μ’為Ni/Cu金屬元素，組分比例可按要求分配，其特征在于M 或M’為M或者Cu元素，硬模板為高比表的活性炭，前驅(qū)體溶液為金屬硝酸鹽或金屬有機(jī)化合物，金屬硝酸鹽和金屬有機(jī)化合物的分解還原，在無氧環(huán)境下的高溫煅燒成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔燃料電池陽極材料NiCu/C的制備方法，其特征在于制備過程為以高比表面活性炭為硬模板，浸漬前驅(qū)體溶液，過濾除去溶液，將浸漬過的活性炭干燥后于無氧惰性氣氛下放入爐中加熱，降溫即得高比表面多孔燃料電池陽極材料NiCu/C ； 所述前驅(qū)體溶液為鎳離子與銅離子按比例的混合溶液； 所述鎳離子由硝酸鎳或鎳的有機(jī)化合物提供，優(yōu)選硝酸鎳； 所述銅離子由硝酸銅或銅的有機(jī)化合物提供，優(yōu)選硝酸銅；作為硬模板的高比表面活性炭需在100°C _120°C干燥1-2小時(shí)，去除吸附的水分和氣體后再浸漬前驅(qū)體溶液，進(jìn)行后續(xù)處理；在制備前驅(qū)體溶液的過程中，首先根據(jù)鎳離子與銅離子的比例，換算為硝酸鎳、硝酸銅的質(zhì)量稱取化學(xué)藥品，再將質(zhì)量大的藥品用去離子水配置成飽和溶液，將質(zhì)量小的藥品加入到上述飽和溶液中，溶解、攪拌均勻；將干燥好的活性炭以5ml溶液配lg-1. 5g活性炭的比例加入，攪拌1-2小時(shí)；浸漬后的活性炭在加熱爐中煅燒的過程中，首先會(huì)分解形成氧化銅及氧化鎳因?yàn)橛刑挤鄣拇嬖?，?00°C -600°C的條件下，恒溫1-2小時(shí)，氧化銅和氧化鎳會(huì)與活性炭發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生單質(zhì)金屬銅和鎳；在金屬單質(zhì)銅和鎳形成的基礎(chǔ)上繼續(xù)加熱到1500°C -1600°C恒溫1-2小時(shí)，單質(zhì)銅和鎳在多孔活性炭中形成合金，并且會(huì)復(fù)制活性炭的多孔結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種多孔燃料電池陽極材料NiCu/C的制備方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。其特征是采用的是高比表活性炭為硬模板，浸漬金屬硝酸鹽、金屬有機(jī)化合物前驅(qū)體溶液；在無氧環(huán)境下，采用煅燒工藝，以適當(dāng)?shù)纳郎厮俾始訜?，先將金屬鹽和有機(jī)化合物分解，再將分解得到的金屬氧化物與硬模板的碳發(fā)生反應(yīng)還原反應(yīng)形成金屬單質(zhì)，最后在金屬熔解溫度下熔解并復(fù)制活性炭的3D結(jié)構(gòu)后，自然冷卻降至室溫得到納米級(jí)別高比表的鎳-銅合金材料，其表達(dá)式為MM’/C，其中M及M’為Ni/Cu金屬元素，組分比例可按要求分配。本發(fā)明的效果和益處是通過簡單方便的操作流程得到了納米級(jí)別的高比表鎳銅合金材料。
文檔編號(hào)H01M4/88GK102315459SQ201110260959
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者徐俊煒, 由宏新 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)