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。只是相對高的工作溫度在一定程度上制約了其商業(yè)化進程，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，不過對于它的結(jié)構(gòu)缺陷、導電機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La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0

3、.2)，對其制備過程以及所得材料的結(jié)構(gòu)、性能進行了研究，得到的結(jié)論如下：
　　 一、磷灰石型氧化物La10-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法，在1100℃保溫20h，1250℃保溫20h的預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，合成時采用研磨煅燒交替進行的方式。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，其相對密度達到了95％以上，其中La8Mg2Ge5.5Al0.5O26-δ在1370℃時為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℃時的相對密度才

5、達到95％左右。
　　 一、磷灰石型氧化物La10-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)進行分析?？臻g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原子由正常格點位遷移到間隙位的現(xiàn)象。
　　 三、磷灰石型氧化物La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ(x=2，1，0.6，0.4，0.2)的電性能測試采用交流復阻抗

7、譜法在空氣氣氛下測試La10-xZrxGe5.5Al0.5O26±δ、La10-xMgxGe5.5Al0.5O26±δ試樣的電導率，研究了材料的致密度、摻雜原子電價及其摻雜量與離子電導率之間的關(guān)系。在La-Mg-Ge-Al-O體系中，離子電導率的大小與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率；而在La-Zr-Ge-Al-O體系中，其電導率的大小與Zr摻雜量成反比。不過這兩種體系