LaGaO 3 基目前被公认为是最有希望的中温SOFC电解质材料。如用205μm厚的La 0.85 Sr 0.12 Ga 0.8 Mg 0.15 Co 0.05 O 3-x 制备的特殊燃料电池,它的功率密度在650°C时可达380mW/cm 2 ,电流密度达0.5A/cm 2[1] 。用该类氧离子导体作为中温(600~800°C)SOFC的固体电解质进行了众多研究,可以实现其在冶金、建材和石油化工领域的应用 [2] 。LaGaO 3 是结构为ABO 3 的具有钙钛矿结构的化合物,掺杂LaGaO 3 的离子导电性可以扩展到非常低的氧分压范围,这些研究结果更有助于以后对LaGaO 3 基陶瓷材料的全面的了解和开发。
固体电解质的传统制备方法是高温固相法,但是由于此法通常要求烧结温度较高,且由此法制得的镓酸镧电解质通常含有杂相。微乳液法是近年来发展起来的一种湿化学制备方法,该法因其简便,易于控制颗粒大小、形貌以及均一性而越来越受到人们的关注。李松丽等 [3] 在实验中发现各元素掺杂的LaGaO 3 (La,Sr,Ga,Mg)组成为La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.83 Mg 0.17 O 2.815 的离子电导率很高,电子电导及空穴电导可以忽略。大量文献表明,约800℃的工作温度,LSGM的电导率σ≥0.1S·cm -1 ,LSGM具有良好的电性能,并具有良好的长期稳定性,是一种很有发展潜力的中温固体氧化物燃料电池电解质材料。
1.仪器
高温箱式电炉(2台) 分析天平 玛瑙研钵 球磨机(2台)
磁力搅拌器 烘箱 DSC-TGA热分析仪 酸度计
2.试剂(分析纯)
La 2 O 3 ;Sr(NO 3 ) 2 ;金属Ga;MgO;浓HNO 3 ;无水乙醇;碳酸铵;
氨水;环己烷;柠檬酸;PEG。
1.微乳液A:根据La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3-α 的化学计量比分别称取相应的金属Ga和其它金属氧化物溶于硝酸,制得相应硝酸盐溶液50ml,在上述混合金属离子的溶液中,加入40ml环己烷和15ml无水乙醇,再加入分散剂PEG(0.05g/ml),搅匀后便为微乳液A。
2.微乳液B:将无水乙醇和环己烷混合溶液加入到(NH 4 ) 2 CO 3 -NH 4 OH缓冲体系溶液中,再加入分散剂PEG(0.05g/ml),搅匀后便为微乳液B。
3.50℃水浴中搅拌下,将微乳液B慢慢地滴加到微乳液A中,在滴加的过程中,白色沉淀会逐渐出现,并越来越多,待沉淀完全后,停止搅拌并静置两小时,然后过滤。
4.经鼓风电热恒温干燥箱在110℃烘干。
5.用玛瑙研钵研磨压片,置于高温电炉中,在1100℃预烧5h。
6.初烧产物在球磨机中球磨1h,经80mesh过筛后,在不锈钢模具中以100MPa压力压制成直径约为18mm、厚度约2mm的圆形薄片。
7.置于高温电炉中于1400℃下烧结5h。
[1]李中秋,侯桂芹,张文丽.钙钛矿型固体电解质材料的发展现状[J].河北理工学院学报,2006,28(1):71-74.
[2]王海霞,蒋凯,郑立庆,等.掺杂镓酸镧基固体电解质的研究进展[J].中国稀土学报,2003,21(6):615-620.
[3]李松丽,刘文西,郭瑞松,等.掺杂LaGaO 3 中温固体氧化物燃料电池电解质[J].硅酸盐通报,2003,22(5):52-56.