做催化材料行業(yè)的朋友都知道，現(xiàn)在中溫固體氧化物燃料電池對陰極催化劑的要求特別高，不僅要粒徑均勻、比表面積大，還要催化活性夠，傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法做出來的鑭鍶鈷氧（LSCF）顆粒容易團(tuán)聚，粒徑分布寬，比表面積上不去，催化活性自然也就差強(qiáng)人意。很多實(shí)驗(yàn)室小試開發(fā)新工藝的時候，要么就是做出來的粉結(jié)塊多，收率低，要么就是活性成分燒損嚴(yán)重，折騰大半天出不了合格的樣品，愁壞了不少做材料開發(fā)的朋友。

鑭鍶鈷氧本身是一種復(fù)合金屬氧化物，作為固體氧化物燃料電池的陰極材料，它的氧還原催化活性很高，但是要做出粒度均勻、燒結(jié)性能好的粉體，干燥步驟特別關(guān)鍵。傳統(tǒng)的烘箱干燥再粉碎，不僅工序多，還容易引入雜質(zhì)，顆粒大小不均，后續(xù)燒結(jié)出來的電極孔隙率不夠，氧傳輸阻力大，電池性能就掉下來了。噴霧干燥一步就能把料液做成均勻的球形顆粒，后續(xù)燒結(jié)不容易團(tuán)聚，還能精準(zhǔn)控制顆粒大小，剛好踩中了這個工藝痛點(diǎn)，我們最近用那艾不同型號的噴霧干燥做了三組不同場景的開發(fā)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都還不錯，給大家分享一下。

案例1：實(shí)驗(yàn)室小試開發(fā)鑭鍶鈷氧催化劑粉體

某催化材料實(shí)驗(yàn)室做新型鑭鍶鈷氧陰極催化劑的配方小試，每次開發(fā)新配方只用幾十克前驅(qū)體，要求快速出樣，還要能拿到粒徑均勻的預(yù)燒結(jié)粉體，之前用烘箱干燥，每次都要刮兩天粉，還不均勻，所以決定用小型噴霧干燥來做，選的是那艾實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)NAI-LSD，用標(biāo)配的二流體霧化器就滿足需求了。物料是鑭鍶鈷氧硝酸鹽共沉淀料漿，固含量調(diào)到12%，沒有加壁材，溶劑用的去離子水。因?yàn)榍膀?qū)體是硝酸鹽，干燥溫度不能太低也不能太高，太低出料太濕粘壁，太高容易提前分解裂化，最后把進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)到180℃，出風(fēng)溫度穩(wěn)定在85℃，二流體霧化壓力調(diào)到0.3MPa，進(jìn)料速度設(shè)為10mL/min。做的時候一開始有點(diǎn)粘壁，后來把進(jìn)料速度放慢2mL/min，出風(fēng)溫度穩(wěn)定到90℃，粘壁問題就解決了。最后做出來的粉體球形度很好，粒徑集中在10-30μm區(qū)間，粉體收率89%，經(jīng)過后續(xù)800℃燒結(jié)之后，比表面積達(dá)到12.6m2/g，比傳統(tǒng)干燥方法高了40%左右，催化活性保留率96%，完全滿足小試篩選配方的要求，大大縮短了新配方的開發(fā)周期。

案例2：有機(jī)溶劑法制備超細(xì)鑭鍶鈷氧催化劑放大中試

某催化劑企業(yè)要做粒徑5μm以下的超細(xì)鑭鍶鈷氧催化劑粉體，用于蜂窩陶瓷負(fù)載，用共沉淀水相法做出來的前驅(qū)體顆粒容易團(tuán)聚，就算噴霧干燥出來燒結(jié)之后還是會長大，達(dá)不到超細(xì)的要求，所以改用水熱乙二醇溶劑法合成前驅(qū)體，整個體系都是有機(jī)溶劑，普通噴霧干燥怕有機(jī)溶劑燃爆，所以選了那艾有機(jī)溶劑噴霧干燥機(jī)NAI-CLSD，霧化方式用氣流式，整個設(shè)備充氮?dú)獗Ｗo(hù)，完全不用擔(dān)心安全問題。物料是乙二醇溶解的鑭鍶鈷氧檸檬酸絡(luò)合物溶液，固含量18%，無壁材，溶劑為乙二醇有機(jī)溶劑。因?yàn)橐叶挤悬c(diǎn)比水高，所以進(jìn)風(fēng)溫度要比水相高一點(diǎn)，設(shè)到220℃，出風(fēng)溫度控制在110℃，霧化壓力0.4MPa，進(jìn)料流量120L/h，全程氧含量控制在5%以下，保證安全。一開始做的時候，出口溫度波動大，后來發(fā)現(xiàn)是進(jìn)料流量不穩(wěn)，調(diào)了進(jìn)料泵的穩(wěn)壓閥，把出口溫度穩(wěn)定在108-112℃之間就正常了。最后做出來的干粉收率86%，燒結(jié)之后的平均粒徑是3.2μm，粒徑分布跨度只有0.8，比水相法做出來的小了一半還多，負(fù)載到蜂窩陶瓷上之后，催化劑負(fù)載量提高了22%，氧還原催化活性比傳統(tǒng)工藝提高了18%，完全滿足中試放大的要求，現(xiàn)在已經(jīng)在推進(jìn)量產(chǎn)工藝了。

案例3：熱敏性負(fù)載型鑭鍶鈷氧催化劑制備

某新能源企業(yè)開發(fā)多孔石墨烯負(fù)載鑭鍶鈷氧復(fù)合催化劑，用于低溫燃料電池，石墨烯本身溫度超過60℃就容易片層團(tuán)聚，比表面積下降，普通噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度一百多度，做出來石墨烯團(tuán)聚，負(fù)載率上不去，活性掉的厲害，所以選了那艾真空低溫噴霧干燥機(jī)NAI-VSD，真空環(huán)境下溶劑沸點(diǎn)降低，可以低溫干燥保住石墨烯的結(jié)構(gòu)。物料是氧化石墨烯分散的鑭鍶鈷氧前驅(qū)體混合液，固含量8%，加了少量聚乙烯吡咯烷酮做分散劑，沒有用包埋壁材，溶劑是去離子水，真空度控制在-0.07MPa，因?yàn)檎婵諚l件下，進(jìn)風(fēng)溫度只需要設(shè)到75℃就能讓水分正常蒸發(fā)，出風(fēng)溫度穩(wěn)定在42℃，霧化方式用二流體霧化，霧化壓力0.25MPa，進(jìn)料速度8mL/min。一開始擔(dān)心溫度太低出不了干料，試了之后發(fā)現(xiàn)真空環(huán)境下水分蒸發(fā)快，出料含水率只有1.2%，完全不用二次烘干。最后測試下來，催化劑活性組分收率82%，石墨烯比表面積保留率91%，鑭鍶鈷氧的催化活性保留率94%，負(fù)載均勻度達(dá)到95%，做出來的單電池功率密度比普通烘箱干燥提高了27%，完美解決了熱敏性復(fù)合載體干燥團(tuán)聚的問題。

總結(jié)一下，三個案例對應(yīng)了不同場景的鑭鍶鈷氧催化劑制備需求：實(shí)驗(yàn)室小試用那艾小型噴霧干燥機(jī)NAI-LSD，靈活方便快速出樣，收率高顆粒勻；有機(jī)溶劑中試放大用那艾防爆型有機(jī)溶劑噴霧干燥機(jī)NAI-CLSD，安全穩(wěn)定，能做出粒度更細(xì)分布更窄的超細(xì)粉體，滿足負(fù)載型催化劑的要求；熱敏性復(fù)合負(fù)載體系用那艾真空低溫噴霧干燥機(jī)NAI-VSD，低溫干燥保住載體活性，解決了高溫干燥導(dǎo)致的活性組分團(tuán)聚失活問題。做鑭鍶鈷氧催化劑開發(fā)，不同工藝階段選對噴霧干燥設(shè)備，調(diào)整好溫度和進(jìn)料參數(shù)，就能穩(wěn)定拿到性能合格的粉體，比傳統(tǒng)干燥方法省時間，性能提升也明顯。