1.一种抗积碳固体氧化物燃料电池阳极的制备方法,其包括如下步骤:
S1.配制镍离子、铜离子的硝酸盐溶液,然后将氨基乙酸或者硬脂酸加入到硝酸盐溶液中,搅拌均匀加热浓缩直至得到粉末,然后高温下煅烧得到灰色镍粉末或者棕黄色镍铜合金粉末;
S2.将硝酸铈和硝酸钐或氧化钆溶于去离子水配成硝酸盐溶液,然后将氨基乙酸或者硬脂酸加入到硝酸盐溶液中,搅拌均匀加热浓缩直至得到粉末,最后在高温下煅烧得到淡黄色的SDC(钐掺杂氧化铈)或GDC(钆掺杂氧化铈)粉末;
S3.将S1和S2制得的粉末按照5:5~8:2的比例混合球磨,然后于50~80℃真空干燥得到混合粉末;
S4.将S3制得的混合粉末与粒径为0.5~3.0μm的聚苯乙烯单分散微球按照7:3~9:1的比例于酒精或者丙酮介质中超声混合,然后真空干燥;
S5.将S4得到的粉末取适量装入不锈钢模具中,以100~500MPa的压力压制得素片,随后于1000~1300℃下烧结,随炉冷却后于500~900℃下在氢气气氛中还原2~8h得到微米尺度微观结构的镍铜合金-掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架;
S6.将硝酸镍、硝酸铜和尿素溶于去离子水中制得溶液,其中镍铜离子的摩尔比例为1:
1~4:1,在真空条件下将上述溶液灌注到放有S5制备得到的镍铜合金-掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架的容器中,静置一段时间后,将金属陶瓷取出后77~100℃下保温,然后在氢气气氛中于350~450℃热处理一段时间,即可在骨架孔道的镍铜合金颗粒表面形成均匀分布的铜纳米点。最后将热处理温度升至600~900℃并保温一段时间,铜纳米点与骨架中的镍基相合金化,即活化,从而形成具有电催化活性的富铜纳米结构,上述过程重复几次,最终得到微米/纳米复合结构化高电催化活性抗积碳固体氧化物燃料电池阳极。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,配制镍离子、铜离子的硝酸盐溶液,硝酸盐溶液为0.1~2.0M,其中铜离子与镍离子的摩尔比为0~1:9。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,将加热浓缩直至得到粉末,在500~800℃下热处理0.5~8h得到灰色镍粉末或者棕黄色镍铜合金粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,硝酸盐溶液浓度为0.1~2.0M,其中铈离子与钐离子或钆离子的摩尔比为8:2。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,最后在500~800℃下热处理0.5~8h得到淡黄色的SDC钐掺杂氧化铈粉末或GDC钆掺杂氧化铈粉末。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S6中,将硝酸镍、硝酸铜和尿素溶于去离子水中,其中金属离子与尿素按照摩尔比1:5~1:1.5制得2M~5M的溶液。
7.如权利要求1-6任一项的方法制备得到的抗积碳固体氧化物燃料电池阳极。
8.根据权利要求7所述的抗积碳固体氧化物燃料电池阳极,其特征在于,阳极的镍铜合金-掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架中,掺杂氧化铈颗粒大小为0.2~1.0μm,镍铜合金颗粒大小为0.2~1.0μm以及连通孔洞大小为0.5~2.0μm。
9.根据权利要求7所述的抗积碳固体氧化物燃料电池阳极,其特征在于,阳极的镍铜合金-掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架中,选择性地在镍铜合金颗粒表面具有均匀分布的铜镍合金纳米点,纳米点的大小为5nm~50nm,镍铜合金中铜含量为0~10%。
10.根据权利要求7所述的抗积碳固体氧化物燃料电池阳极,其特征在于,阳极的镍铜合金-掺杂氧化铈多孔金属陶瓷阳极骨架中,铜镍合金纳米点中铜含量为50~100%,铜镍合金纳米点重量百分比为阳极中金属总重的2.5~10%。