摻雜Al硅酸鑭電解質(zhì)的制備、表征及電性能研究.pdf

1、磷灰石型硅酸鑭(La10-x(SiO4)6O2±y),因其在中溫下表現(xiàn)出較高的離子電導(dǎo)率和較低的活化能,被認(rèn)為是具有應(yīng)用前景的固體氧化燃料電池的電解質(zhì)材料。Si4+位上摻雜Al3+可以有效地提高磷灰石型硅酸鑭的離子電導(dǎo)率,但與沒有摻雜的硅酸鑭相比,延長(zhǎng)了燒結(jié)時(shí)間和燒結(jié)溫度。
　　 本文以La(NO3)3·xH2O,水玻璃和Al(NO3)3·xH2O為原料,碳酸氫銨為沉淀劑,采用共沉淀法制備硅酸鑭前軀體,經(jīng)冷凍干燥和煅燒處理得到磷

2、灰石型La9.67Al1Si5O26和La9.67Al1.5Si4.5O25.75粉體。運(yùn)用TG-DSC、XRD等對(duì)前軀體和煅燒后粉體進(jìn)行表征。煅燒后粉體經(jīng)等靜壓成型,燒結(jié),得到燒結(jié)體,對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行XRD表征,密度測(cè)量,SEM表征。測(cè)定交流阻抗譜,通過等效電路擬合,分析了燒結(jié)體的微觀結(jié)構(gòu)和電性能之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　 (1)采用La

3、軀體,經(jīng)冷凍干燥后所得粉體,在900℃煅燒4 h可得到磷灰石型La9.67Al1Si5O26粉體,XRF表征表明,粉體中各元素含量與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相吻合。采用與上述相同的方法,在1000℃煅燒4 h可得到磷灰石型La9.67Al1.5Si4.5O25.75粉體,粉體中元素含量與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相吻合。
　　 (2)對(duì)于La9.67Al1Si5O26,SEM結(jié)果表明:晶粒粒徑由900℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的0.5μm左右增大到1000℃的0.8～1.

4、0μm,1000℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的致密度最大,1100℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的致密度有所降低。對(duì)于La9.67Al1.5Si4.5O25.75,燒結(jié)體的晶粒粒徑隨著粉體煅燒溫度的升高先增大后減小,從800℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的0.5μm左右增大到1100℃的1μm左右,且后者的致密度更大。
　　 (3)La9.67Al1Si5O26固體電解質(zhì)的電性能研究表明:1550℃燒結(jié)2 h的燒結(jié)體,隨著粉體煅燒溫度的升高,總電導(dǎo)率先增大后減小,10

5、00℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的電導(dǎo)率最大,500℃達(dá)到1.60×10-3S／cm,800℃達(dá)到1.69×10-2S／cm；1550℃燒結(jié)4 h的燒結(jié)體,800℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的電導(dǎo)率最大,500℃達(dá)到2.10×10-3S／cm,800℃達(dá)到2.06×10-2 S／cm。對(duì)于燒結(jié)2 h的燒結(jié)體,1000℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的晶粒電導(dǎo)率最大；對(duì)于燒結(jié)4 h的燒結(jié)體,900℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的晶粒電導(dǎo)率最大。對(duì)于燒結(jié)2 h的燒結(jié)體,1100℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體

6、在450℃的晶界電導(dǎo)率為1.60×10-3S／cm；燒結(jié)4 h的燒結(jié)體,800℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體在450℃的晶界電導(dǎo)率為2.23×10-3 S／cm。由此得出結(jié)論:延長(zhǎng)燒結(jié)溫度,能夠有效提高電解質(zhì)的總電導(dǎo)率和晶粒電導(dǎo)率。
　　 (4)La9.67Al1.5Si4.5O25.75固體電解質(zhì)電性能研究發(fā)現(xiàn),燒結(jié)體隨著粉體煅燒溫度的升高,燒結(jié)體的總電導(dǎo)率先增大后減小,1100℃粉體對(duì)應(yīng)燒結(jié)體的總電導(dǎo)率最大,800℃可達(dá)到1.48×10-