Sm(Pr)摻雜LaGaO3基電解質(zhì)的合成及其電學性質(zhì)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在能源和環(huán)境矛盾尖銳的時候,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率,在高溫氧化和還原氣氛中的化學穩(wěn)定性好,被認為是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ墓腆w電解質(zhì)材料。然而,其導電活化能較高,不適合中低溫使用;并且LSGM很難合成純相,會降低其綜合性能。實驗表明,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;當摻30%的Sm的時,其結(jié)構(gòu)接近立方相,這種高對稱性結(jié)構(gòu)有利于離子傳導;A位離子半徑的適當減小可降低其導電活化能。因此,在LaGaO3基中摻Sm與Pr可提高其在中低溫下的離子導電性能。
  利用傳統(tǒng)的固相法制備了Sm摻雜的LSGM。當Sm的摻雜量增多時,XRD譜中主峰的峰位向高角度方向移動;且沒有發(fā)現(xiàn)原料物質(zhì)的峰,說明了Sm3+進入了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樣品導電活化能是最低的,為78.80 kJ/mol,氧離子遷移的晶格勢壘為60.67 kJ/mol;其電導率在800℃為3.2×10-2 S/cm,在700℃達到1.5×10-2 S/cm。在1400℃、保溫4 h條件得到的La0.8Sm0.1Sr0.1Ga0.83Mg0.17O3電導率是最高的,800℃時的電導率為3.8×10-2

4、S/cm,700℃時的電導率為1.6×10-2 S/cm,導電活化能為83.17 kJ/mol。
  為了克服固相反應法中產(chǎn)生雜相的問題,利用高溫高壓法來制備電解質(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、樣品中存在應力等因素的影響,高溫高壓法制備樣品的電導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程有關(guān),不同過程對應不同損耗峰。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,這也說明高壓法制備樣品中晶粒碎裂阻礙了氧離子的遷移過程,導致其電導率下降。
  利用高壓高溫方法成功制備了

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