氮雜磷灰石型硅酸鑭固體電解質(zhì)及其電導(dǎo)性能研究.pdf

1、磷灰石型La9.33(SiO4)6O2(以下簡(jiǎn)稱LSO)是一種新型固體電解質(zhì),在燃料電池這一新能源和清潔能源領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用潛力。目前,這種材料還存在制備方法耗能且不便,多位摻雜研究不系統(tǒng)等問題。采用合適的摻雜手段和制備工藝可以提高LSO的氧離子電導(dǎo)性能,促進(jìn)其在SOFCs中的商業(yè)化運(yùn)用。
　　本論文采用優(yōu)化的尿素凝膠燃燒法,輔以N2/H2微波等離子體增強(qiáng)的方法成功制備了氮摻雜的磷灰石型硅酸鑭固體電解質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱LSON),并對(duì)

2、LSON粉體及燒結(jié)體進(jìn)行了分析表征和測(cè)試。在此基礎(chǔ)上,主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果為:
　　(1)采用電子探針及XPS表征,研究了LSON的元素組成及價(jià)態(tài)形式。結(jié)果表明:LSON的化學(xué)式為L(zhǎng)a9.33(SiO4)6O2-1.5xNx,其中,N取代c軸63方向通道O,與La(Ⅱ)形成La(Ⅱ)-N鍵,并產(chǎn)生[N…O]的庫(kù)侖力作用;
　　(2)通過FT-IR和Raman光譜研究了LSON的氮雜結(jié)構(gòu)單元。結(jié)果表明:氮雜影響磷灰石型晶體結(jié)構(gòu)

3、的內(nèi)振動(dòng)模式,會(huì)導(dǎo)致晶格中[SiO4]四面體的ν1和ν3振動(dòng)模式的三重簡(jiǎn)并分裂,對(duì)稱伸縮振動(dòng)的分裂達(dá)到20cm-1;
　　(3)通過分析La(Ⅱ)-N鍵與[N…O]庫(kù)侖力分別在315cm-1和355cm-1處的拉曼強(qiáng)度,研究了不同等離子體工藝條件下LSON的氮摻雜量。在微波功率300W,等離子體作用15min時(shí),氮摻雜量可達(dá)到0.26wt％;
　　(4)采用TG-DSC和SEM表征手段,結(jié)合燒結(jié)體的線收縮率測(cè)試,研究了LSO

4、N的熱穩(wěn)定性和燒結(jié)性能。結(jié)果表明:存在于磷灰石型LSON晶格結(jié)構(gòu)中的氮元素,在燒結(jié)溫度高于1200℃后,將會(huì)脫離晶格結(jié)構(gòu)而釋放出來(lái)。LSON的最佳燒結(jié)條件為1200℃保溫?zé)Y(jié)6h,致密度可達(dá)到95%;
　　(5)運(yùn)用交流阻抗譜法研究了LSON燒結(jié)體的電性能。結(jié)果表明:微波等離子體對(duì)LSO進(jìn)行氮摻雜能夠提高硅酸鑭的O2-離子電導(dǎo)率。其中,在300W/10min的實(shí)驗(yàn)條件下,電導(dǎo)率最高,在800℃時(shí),達(dá)到1.28×10-2S·cm-1