作为固体电解质的质子导体,它的电荷载流子是质子。质子导体之所以在合成氨、固体氧化物燃料电池(SOFC)等方面有着很重要的应用价值和广泛的应用前景,是因为它具有传输质子的特殊功能。当今开发的高温质子导体主要集中在钙钛矿型固体氧化物材料 [1] ,其结构示意图如图。
在其他条件都相同的情况下,普通钙钛矿型固体电解质的质子电导率比掺杂的BaCeO 3 低,在BaCeO 3 系列化合物中,BaCe 0.9 Y 0.1 O 3-α 是导电性最高的。刘魁等 [2] 研究表明,Ti和Y双掺杂的BaCeO 3 具有钙钛矿型结构,随着Y的含量的增加,质子导体BaCe 0.8 Y x Ti 0.2-x O 3-α 的电导率越来越大,烧结性能越来越好。
厉英等 [3] 研究表明钙钛矿型氧化物固体电解质有两种类型:简单钙钛矿型ABO 3 ,复合钙钛矿型A 3 (BB)O 6 和A 3 (BB 2 )O 9 。
溶胶-凝胶法是一种常见的固体电解质的制备方法。溶胶-凝胶法就是将含有化学活性高的组分的化合物通过溶液、溶胶、凝胶这一系列过程然后固化,再经热处理形成固体的方法。此方法的优点是:一、可以很容易地获得均匀的分子;二、可以很容易地均匀定量地掺入一些微量元素;三、需要的合成温度较低;四、可适应性强,可合成的材料种类多。
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)
Ce(NO 3 ) 3 ·6H 2 O;Ba(CH 3 COO) 2 ;相应金属硝酸盐;
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BaCe 1-x Er x O 3-α 的化学计量比分别称取相应的硝酸盐、醋酸盐原料,制得相应溶液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1200℃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1500℃下烧结5h。
[1]李芳.固体电解质质子导体的研究进展[J].化学研究,2006,17(02):108-111.
[2]刘魁,戴磊,唐晓微,等.Ti和Y双掺杂的BaCeO 3 的制备和电性能研究[J].功能材料,2010,1(41):51-54.
[3]厉英,丁玉石,王常珍.中高温质子导体的结构及性能研究进展[N].东北大学学报,2012,33(06):853~856.