两步法合成MCFC复合阴极及其性能研究-论文.pdf

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1、浙江理工大学学报(自然科学版)，第31卷，第4期，2014年7月JournalofZhejiangSci—TechUniversity(NaturalSciences)Vo1．31，No．4，Ju1．2014文章编号：1673-3851(2014)04—0393—04两步法合成MCFC复合阴极及其性能研究李婷婷，柴丰涛。陈丽江，赵炯(浙江理工大学理学院，杭州310018)摘要：基于前期研究，采用电泳沉积技术将摩尔比为1：1的LiCoO2和LiFeOz两种纳米颗粒同时修饰至制得的抗形变／溶解复合材料I表面(镍阴极材料内通过机械混

2、合法掺杂质量分数2、4、6Co304纳米颗粒)制成复合基体阴极Ⅱ。采用扫描电镜对制得的复合基体Ⅱ进行表面形貌分析，筛选出形貌较好的复合基体阴极Ⅱ及其电泳沉积条件。在模拟MCFC运行条件下，复合工作阴极Ⅱ具有良好的热稳定性和电活性，其中掺杂比为4的复合工作阴极Ⅱ在100h溶解实验测试中溶出的镍离子浓度几乎为0。关键词：熔融碳酸盐燃料电池；电泳沉积技术；复合基体阴极1I；复合工作阴极1I；热稳定性；电化学性能中图分类号：TM911．47文献标志码：A性[4]。因此，本文主要在LiCoO2与LiFeO2摩尔比0引言为1：1纳米颗粒制

3、得的悬浮液的中对复合基体阴前期本课题组研究了在镍阴极材料内通过机械极I进行电泳沉积，并对修饰后的阴极材料的稳定混合法掺杂Co。04纳米颗粒制备复合基体阴极工，性、电催化活性进行初步研究。其中Co。O掺杂质量分数为2、4、6的复合材1实验部分料的性能较佳。由于掺杂数量有限，复合基体阴极I的镍基体表面仍有未被修饰的部位。因此，本工1．1复合基体阴极I的修饰作基于已有的研究基础，采用电泳沉积方法对机械采用柠檬酸溶胶凝胶法合成LiCoO2／LiFe0。混合法制备的复合基体阴极I进一步进行表面修纳米颗粒。之后将摩尔比为l：1组成的定量纳

4、米饰。课题组已经成功制备了LiCoO-Ce02一Ni和颗粒分散于分散剂中制成悬浮液，调节悬浮液的LiCoO2一LiFeO2一Ni等多元复合基体阴极，新材pH值。分散均匀后，在室温下以球磨法掺杂质量料已初步显示了良好的抗溶解和电化学性能[1-33。分数2、49／6、6Co。O制得的复合基体阴极I为电泳沉积技术具有以下几个方面的特点：(1)镀件形阴极，以铂电极为阳极，控制一定的电泳沉积电压，状不受限制；(2)修饰到镀件上的薄膜均匀且薄；(3)使纳米颗粒沉积到阴极材料表面。沉积后制得的样可连续进料，料液能循环利用，适合工业化大生产。

5、品自然晾干后在650℃N气氛内煅烧一定时间以本课题组制备的复合阴极材料，表现出良好的稳定致纳米颗粒和复合基体阴极I结合紧致，制备得到性和电化学催化活性[1。]。课题组也对复合阴极材复合基体阴极Ⅱ。料表面的纳米颗粒沉积层的组成配比进行了对比研1．2复合基体阴极Ⅱ的表征究，结果发现在LiCoO／LiFeO纳米颗粒摩尔比为采用场发射扫描电子显微镜(ULTRATM55，2：1和1：1悬浮液中制备的LiCoO2一LiFeO2一ZEISS，德国)观察烧结后复合基体阴极Ⅱ的表面Ni复合阴极材料具有较佳的稳定性和电化学活形貌。收稿日期：2O1

6、3—11—22基金项目：浙江省自然科学基金(Y41OO191)作者简介：李婷婷(1988一)，女，江苏盐城人，硕士研究生，主要从事锂离子电池和燃料电池相关材料分子设计方面研究。通信作者：陈丽江，E-mail：chenlj@zstu．edu．cn第4期李婷婷等：两步法合成MCFC复合阴极及其性能研究2．2．2溶解实验后熔盐电解质中Ni+浓度分析解度有所提高。进一步采用电泳沉积技术在掺杂质量分数29／6，4，6复合基体阴极I表面包覆溶解实验进行100h后将样品取出，置于去离1：1的LiCoO2一LiFeO2纳米颗粒制成复合工作子水

7、中泡至表面熔盐电解质溶解干净，收集所有熔盐电解质加入稀硝酸溶解并过滤，再将溶液定容至阴极Ⅱ，对其溶解度进行对比分析，较掺杂质量分数2，4，6复合工作阴极I，观察到复合工作250mL，采用原子吸收光光谱分析其Ni+浓度。结果如表1所示。表1对比分析了传统工作电极和复阴极Ⅱ的Ni。+浓度更低，这可能是由于LiCoOz—LiFeO2包覆层降低了基体与熔盐的有效接触面合工作阴极I、Ⅱ在650℃熔盐电解质和体积比积。其中掺杂质量分数4的复合基体阴极Ⅱ溶1：4的CO和空气混合气氛中经100h溶解实验后融盐电解质中Ni。+的浓度。比较多孔镍

8、阴极材出的镍离子浓度几乎为0。这说明复合工作阴极材料Ⅱ具有更好的稳定性，即抗溶解性能在4种料与复合工作阴极I，观察到掺杂了Co。O4纳米材料中最强。可能在该掺杂比下，对其进一步加颗粒的复合基体阴极材料NiO的溶解度明显降低很多；且掺杂量不同，其Ni()平衡溶解度也存在区以电泳