磷灰石型低溫固體電解質(zhì)材料的研究.pdf

1、不管是從環(huán)境保護(hù)還是從節(jié)約能源考慮，固體氧化物燃料電池(SOFC)作為一種新型的高效綠色能源轉(zhuǎn)換器正越來越受到重視。只是相對(duì)高的工作溫度在一定程度上制約了其商業(yè)化進(jìn)程，因此就有必要開發(fā)中低溫下工作的固體氧化物燃料電池，而其關(guān)鍵技術(shù)就是尋找中低溫下具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)材料。磷灰石型氧化物由于在低溫下具有高離子電導(dǎo)率及低活化能，近些年來作為一種新型的固體電解質(zhì)材料受到了越來越多研究者的關(guān)注。目前對(duì)于磷灰石型固體電解質(zhì)材料的研究主要集

2、中在Si、Ge體系以及各種摻雜缺隙上，不過對(duì)于它的結(jié)構(gòu)缺陷、導(dǎo)電機(jī)理等還沒有能夠完全弄清。研究至今可以說材料的致密性及離子電導(dǎo)率大小是磷灰石型固體電解質(zhì)材料沒能真正用于SOFC系統(tǒng)的兩大難題。
　　 本文在分析和總結(jié)了迄今為止所研究的各種磷灰石型氧化物組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系后，選擇了磷灰石型氧化物L(fēng)a10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0

3、.2)，對(duì)其制備過程以及所得材料的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了研究，得到的結(jié)論如下：
　　 一、磷灰石型氧化物L(fēng)a10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0.2)的制備采用固相反應(yīng)法，在1100℃保溫20h，1250℃保溫20h的預(yù)燒條件下制備得到的La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1

4、，0.6，0.4，0.2)粉料形成了六方磷灰石型相，合成時(shí)采用研磨煅燒交替進(jìn)行的方式。La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0.2)得到了單相結(jié)構(gòu)，在1390℃燒結(jié)后，其相對(duì)密度達(dá)到了95％以上，其中La8Mg2Ge5.5Al0.5O26-δ在1370℃時(shí)為99.3％；La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0.2)沒能形成單相，并且在1420℃時(shí)的相對(duì)密度才

5、達(dá)到95％左右。
　　 一、磷灰石型氧化物L(fēng)a10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0.2)的結(jié)構(gòu)表征通過Rietveld峰形擬合法對(duì)制備的磷灰石型氧化物粉料La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0，4，0，2)的X射線粉末衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。空間群都為P63/m，

6、除La8Mg2Ge5.5Al0.5O26-δ外，其它磷灰石型氧化物試樣的晶胞體積都隨著Zr、Mg摻雜量的增加而增大。精修結(jié)果表明除了La8Mg2Ge5.5Al0.5O26-δ，其余試樣的結(jié)構(gòu)內(nèi)都發(fā)生了一部分O原子由正常格點(diǎn)位遷移到間隙位的現(xiàn)象。
　　 三、磷灰石型氧化物L(fēng)a10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0.2)的電性能測(cè)試采用交流復(fù)阻抗

7、譜法在空氣氣氛下測(cè)試La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ試樣的電導(dǎo)率，研究了材料的致密度、摻雜原子電價(jià)及其摻雜量與離子電導(dǎo)率之間的關(guān)系。在La-Mg-Ge-Al-O體系中，離子電導(dǎo)率的大小與Mg摻雜量成正比，La8Mg2Ge5.5Al0.5O26-δ也就是氧缺位型試樣得到了最高的離子電導(dǎo)率；而在La-Zr-Ge-Al-O體系中，其電導(dǎo)率的大小與Zr摻雜量成反比。不過這兩種體系