硅位摻雜磷灰石型硅酸鑭電解質(zhì)材料的制備與性能研究.pdf

1、作為一種新型固體電解質(zhì)材料，La9.33(SiO4)6O2（以下簡稱LSO）因其特殊的p63/m磷灰石型晶體結(jié)構(gòu)，在中低溫下表現(xiàn)出較高的離子電導(dǎo)率和較低的活化能，具有應(yīng)用于固體氧化物燃料電池的潛力。一系列研究表明，從制備工藝開發(fā)和摻雜改性兩個(gè)方面展開研究，是提高LSO的電導(dǎo)性能的有效途徑。
　　本文采用尿素-硝酸鹽燃燒法，選用 Al、Ti、V作為摻雜元素，實(shí)現(xiàn)了硅位摻雜磷灰石型La9.33Si6-xMxO26+0.5x（以下簡稱L

2、SMO）（M=Al、Ti、V；x=0，0.5，1.0，1.5，2.0）電解質(zhì)材料的中低溫合成。與傳統(tǒng)制備方法相比，有效降低了合成溫度，縮短了制備時(shí)間。
　　通過XRD、XPS、EDS、IR等測試表征手段對LSMO粉體的物相、成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果表明：燃燒合成的無定形電解質(zhì)粉體，在800℃煅燒12h后，即具有典型的 p63/m磷灰石型晶體結(jié)構(gòu)，且結(jié)晶度較高；摻雜元素 Al、Ti、V取代Si摻雜進(jìn)入了LSO的晶格中，并沒有影

3、響其磷灰石型晶體結(jié)構(gòu)。
　　研究了不同燒結(jié)溫度對 LSMO燒結(jié)體的線收縮率和致密度的影響，并結(jié)合燒結(jié)體的微觀形貌分析，確定了Al、Ti、V摻雜的LSMO電解質(zhì)的最佳燒結(jié)溫度分別為1500℃、1500℃、1450℃。
　　運(yùn)用交流阻抗譜法測試了LSMO燒結(jié)體的電導(dǎo)率，通過電導(dǎo)率的分析研究得出：①LSMO燒結(jié)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系符合Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式；②在相同的溫度測試條件下，在摻雜量處0.5-2.0范圍內(nèi)，高價(jià)V5+

4、離子摻雜比低價(jià)Al3+離子摻雜更能提高LSMO的氧離子電導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明V摻雜量為1.0的LSMO（La9.33Si5VO26.5），在800℃測試溫度下電導(dǎo)率可達(dá)最高值1.46×10-2 S·cm-1；③等價(jià)離子Ti4+取代Si4+摻雜對改善電導(dǎo)性能的貢獻(xiàn)最小，甚至起到了降低電導(dǎo)率的反效果；④當(dāng) LSMO的摻雜量過大時(shí)，以上三種離子摻雜后的電導(dǎo)率均表現(xiàn)出不同幅度的下降。
　　在間隙氧傳導(dǎo)機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過建立“間隙氧”以及“缺