Sm(Pr)摻雜LaGaO3基電解質(zhì)的合成及其電學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、在能源和環(huán)境矛盾尖銳的時(shí)候，固體氧化物燃料電池（SOFC）作為一種能量綜合利用率高、燃料適用范圍廣、成本低的全固態(tài)裝置的電池，受到了重視，其研究也得到了蓬勃發(fā)展。
　　LaGaO3基固體電解質(zhì)（LSGM）具有較高的離子電導(dǎo)率，在高溫氧化和還原氣氛中的化學(xué)穩(wěn)定性好，被認(rèn)為是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w電解質(zhì)材料。然而，其導(dǎo)電活化能較高，不適合中低溫使用；并且LSGM很難合成純相，會(huì)降低其綜合性能。實(shí)驗(yàn)表明，在LaGaO3中La位摻雜Sm、

2、Pr等小半徑稀土離子，可提高正交—菱方相變溫度；當(dāng)摻30％的Sm的時(shí)，其結(jié)構(gòu)接近立方相，這種高對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)有利于離子傳導(dǎo)；A位離子半徑的適當(dāng)減小可降低其導(dǎo)電活化能。因此，在LaGaO3基中摻Sm與Pr可提高其在中低溫下的離子導(dǎo)電性能。
　　利用傳統(tǒng)的固相法制備了Sm摻雜的LSGM。當(dāng)Sm的摻雜量增多時(shí)，XRD譜中主峰的峰位向高角度方向移動(dòng)；且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)原料物質(zhì)的峰，說(shuō)明了Sm3+進(jìn)入了LaGaO3晶格。不同材料體系具有不同的燒結(jié)條件，

3、其中在1400℃、保溫12 h條件下得到的La0.85Sm0.05Sr0.1Ga0.85Mg0.15O3樣品導(dǎo)電活化能是最低的，為78.80 kJ/mol，氧離子遷移的晶格勢(shì)壘為60.67 kJ/mol；其電導(dǎo)率在800℃為3.2×10-2 S/cm，在700℃達(dá)到1.5×10-2 S/cm。在1400℃、保溫4 h條件得到的La0.8Sm0.1Sr0.1Ga0.83Mg0.17O3電導(dǎo)率是最高的，800℃時(shí)的電導(dǎo)率為3.8×10-2

4、S/cm，700℃時(shí)的電導(dǎo)率為1.6×10-2 S/cm，導(dǎo)電活化能為83.17 kJ/mol。
　　為了克服固相反應(yīng)法中產(chǎn)生雜相的問(wèn)題，利用高溫高壓法來(lái)制備電解質(zhì)材料。高壓法制備樣品的雜相含量明顯少于固相法的樣品，并且其制備周期短，燒結(jié)溫度低，表明高溫高壓法能夠高效地制備出比較純的樣品。由于高壓下LSGM經(jīng)歷正交—菱方相變、樣品中存在應(yīng)力等因素的影響，高溫高壓法制備樣品的電導(dǎo)率要比固相法的樣品低。摻 Sm可以降低 LSGM樣品的

5、活化能，其中La0.75Sm0.15Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3的活化能為51.43 kJ/mol，明顯低于未摻雜的La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3樣品（105.45 kJ/mol）。介電弛豫的損耗峰和氧離子在晶格中的遷移過(guò)程有關(guān)，不同過(guò)程對(duì)應(yīng)不同損耗峰。高壓法制備樣品的介電損耗峰的峰值明顯小于固相法的樣品，這也說(shuō)明高壓法制備樣品中晶粒碎裂阻礙了氧離子的遷移過(guò)程，導(dǎo)致其電導(dǎo)率下降。
　　利用高壓高溫方法成功制備了