新型氧離子導(dǎo)體La-,2-（Mo-,1-x-Al-,x-）-,2-O-,9-α-的合成及其電性能研究.pdf

1、氧離子固體電解質(zhì)因在固體氧化物燃料電池、氧傳感器、氧泵、透氧膜等方面有著廣泛的應(yīng)用而倍受關(guān)注。鉬酸鑭(La2M0209)是2000年Lacorre等人報(bào)道的一種新型的氧離子導(dǎo)體，該固體電解質(zhì)即使不摻雜低價(jià)金屬陽離子，其晶格內(nèi)部也具有相當(dāng)數(shù)量的本征氧空位，在600～800℃中溫范圍具有高于穩(wěn)定化Zr02的氧離子電導(dǎo)率。 本研究通過高溫固相反應(yīng)法和溶膠—凝膠法合成了La2(Mo1-xAlx)2O9-a(x=0.025，0.05，0.

2、075，0.10)系列陶瓷樣品。用合成的樣品為固體電解質(zhì)、多孔性鉑為電極，采用交流阻抗譜、氣體濃差電池和電化學(xué)分子透過(氧泵)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)測定了樣品在550~1000℃下各種氧化性氣氛(干燥氧氣、空氣、氮?dú)饧皾駶櫩諝?中的氧離子電導(dǎo)率及氧離子遷移數(shù)，系統(tǒng)地研究了系列樣品的氧離子導(dǎo)電特性。此外，以La2M01.9Al0.1O9-a陶瓷樣品為固體電解質(zhì)，多孔性鉑為電極，以氫氣或天然氣為燃料，氧氣為氧化劑，組裝成燃料電池，研究了該燃料電池的性能

3、。 本論文取得的主要結(jié)果如下： 1、該系列樣品均為單一立方相La2M0209結(jié)構(gòu)。 2、當(dāng)A13+的摻雜量x≥0.05時(shí)，能夠完全抑制樣品相變的發(fā)生，將高溫立方相保持到室溫。 3、氧濃差電池電動勢的實(shí)測值與理論值吻合得很好，氧離子遷移數(shù)為1，表明該系列樣品在該溫度下氧化性氣氛中為純氧離子導(dǎo)體。 4、樣品在高、低氧分壓氣氛中的導(dǎo)電性不同。在800℃和900℃下、較高的氧分壓范圍(p02=10-13-

4、latm)，電導(dǎo)率與氧分壓變化無關(guān)，表明在該氧分壓范圍樣品為純的氧離子導(dǎo)體，這與氧濃差電池電動勢測定結(jié)果相吻合；而在800C和900C下、較低的氧分壓范圍(pO2=10-14～10-20atm)，電導(dǎo)率隨氧分壓降低而升高，表明在該氧分壓范圍樣品為氧離子與電子的混合導(dǎo)體，電子電導(dǎo)的產(chǎn)生與樣品中的高價(jià)鉬被還原為低價(jià)鉬有關(guān)。 5、在電流密度小于30mAcm-2時(shí)，各樣品的氧的電化學(xué)透過(氧泵)速度的實(shí)測值與理論值吻合得很好，由此求得樣

5、品在氧化性氣氛中的氧離子遷移數(shù)為1。這與氧濃差電池方法測得的結(jié)果(主要結(jié)果3)及p02對電導(dǎo)率的影響(主要結(jié)果4)是一致的。這進(jìn)一步證實(shí)了該系列陶瓷樣品在氧化性氣氛中的確是純的氧離子導(dǎo)體。 6、在600～1000℃下各樣品的氧離子電導(dǎo)率>10-2 S·cm-1，顯著高于母體La2Mo2O9的氧離子電導(dǎo)率，這是由于摻雜樣品具有高于母體的氧離子空位濃度；La2Mo1.9A10.1O9-a的電導(dǎo)率高于La2Mo1.9Ga0.1O9-a

6、的電導(dǎo)率，這是由于La2Mo1.9A10.1O9-a具有較大的晶胞自由體積(Vf),有利于氧離子的傳輸和氧離子電導(dǎo)率的提高。 7、摻雜量對樣品的氧離子電導(dǎo)率有著顯著影響。隨著摻雜量x的增加，樣品的電導(dǎo)率先增大后減小，x＝0.05的樣品(La2Mo1.9A10.1O9)具有最大的氧離子電導(dǎo)率，1000℃時(shí)的氧離子電導(dǎo)率高達(dá)0.12S·cm-1。 8、樣品La2Mo1.9A10.1O9-a的氫-氧燃料電池在1000℃時(shí)輸出功率密度為