摻雜Al硅酸鑭電解質的制備、表征及電性能研究.pdf

1、磷灰石型硅酸鑭(La10-x(SiO4)6O2±y),因其在中溫下表現出較高的離子電導率和較低的活化能,被認為是具有應用前景的固體氧化燃料電池的電解質材料。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率,但與沒有摻雜的硅酸鑭相比,延長了燒結時間和燒結溫度。
　　 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。運用TG-DSC、XRD等對前軀體和煅燒后粉體進行表征。煅燒后粉體經等靜壓成型,燒結,得到燒結體,對燒結體進行XRD表征,密度測量,SEM表征。測定交流阻抗譜,通過等效電路擬合,分析了燒結體的微觀結構和電性能之間的關系。實驗結果表明:
　　 (1)采用La

3、軀體,經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驗設計相吻合。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驗設計相吻合。
　　 (2)對于La9.67Al1Si5O26,SEM結果表明:晶粒粒徑由900℃粉體對應燒結體的0.5μm左右增大到1000℃的0.8～1.

4、0μm,1000℃粉體對應燒結體的致密度最大,1100℃粉體對應燒結體的致密度有所降低。對于La9.67Al1.5Si4.5O25.75,燒結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℃粉體對應燒結體的0.5μm左右增大到1100℃的1μm左右,且后者的致密度更大。
　　 (3)La9.67Al1Si5O26固體電解質的電性能研究表明:1550℃燒結2 h的燒結體,隨著粉體煅燒溫度的升高,總電導率先增大后減小,10

5、00℃粉體對應燒結體的電導率最大,500℃達到1.60×10-3S／cm,800℃達到1.69×10-2S／cm；1550℃燒結4 h的燒結體,800℃粉體對應燒結體的電導率最大,500℃達到2.10×10-3S／cm,800℃達到2.06×10-2 S／cm。對于燒結2 h的燒結體,1000℃粉體對應燒結體的晶粒電導率最大；對于燒結4 h的燒結體,900℃粉體對應燒結體的晶粒電導率最大。對于燒結2 h的燒結體,1100℃粉體對應燒結體

6、在450℃的晶界電導率為1.60×10-3S／cm；燒結4 h的燒結體,800℃粉體對應燒結體在450℃的晶界電導率為2.23×10-3 S／cm。由此得出結論:延長燒結溫度,能夠有效提高電解質的總電導率和晶粒電導率。
　　 (4)La9.67Al1.5Si4.5O25.75固體電解質電性能研究發(fā)現,燒結體隨著粉體煅燒溫度的升高,燒結體的總電導率先增大后減小,1100℃粉體對應燒結體的總電導率最大,800℃可達到1.48×10-