GNP法合成La2NiO4體系混合導(dǎo)體及其導(dǎo)電性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池的工作溫度中低溫化的進(jìn)程中，遇到一個(gè)亟待解決的問(wèn)題是，工作溫度降低引起陰極極化過(guò)電位高，傳統(tǒng)高溫固體氧化物燃料電池適用的陰極材料(如LSM)在中溫下不再適用。目前解決這個(gè)問(wèn)題的思路之一是開(kāi)發(fā)新的離子電子混合導(dǎo)電材料作為中溫固體氧化物燃料電池的陰極材料，擴(kuò)大陰極電化學(xué)反應(yīng)活性區(qū)，從而降低極化過(guò)電位。
　　 近年來(lái)，一種有著K2NiF4結(jié)構(gòu)的A2BO4復(fù)合氧化物收到廣泛關(guān)注，其中La2NiO4+δ體系復(fù)合氧化物在中

2、溫階段(600℃～800℃)有比普通鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物高的離子電導(dǎo)率和與常用電解質(zhì)(YSZ，CGO等)匹配的熱膨脹系數(shù)，有開(kāi)發(fā)為IT-SOFC陰極材料使用的潛質(zhì)。但是其在中溫階段的電子電導(dǎo)率僅為50～60S·cm-1，達(dá)不到中溫固體氧化物燃料電池對(duì)陰極材料的要求(100 S·cm-1)。本文采用GNP(甘氨酸-硝酸鹽)法合成La2NiO4+δ體系材料，擬通過(guò)A、B位離子摻雜改善材料的導(dǎo)電性能，研究材料的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能隨材料組成，制備工藝條

3、件變化的規(guī)律。
　　 確定GNP法甘氨酸和硝酸根離子摩爾比的最佳值為0.8，在較低的溫度(800℃)和較短的時(shí)間(2h)合成出了具有單一K2NiF4結(jié)構(gòu)的La2NiO4+δ粉料，為解決La2NiO4+δ體系材料合成比較困難的問(wèn)題提供了新的途徑。與固相反應(yīng)法相比，GNP法并沒(méi)有大幅降低La2NiO4+δ的燒結(jié)溫度，但顯著縮短了燒結(jié)時(shí)間。
　　 研究了Sr2+的A位摻雜對(duì)La2NiO4+δ陶瓷的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能的影響。Sr2+

4、的摻雜大幅度提高了La2NiO4+δ陶瓷的燒結(jié)溫度，降低了陶瓷樣品的非化學(xué)計(jì)量氧含量(δ)，Sr2+摻雜后，晶胞參數(shù)c增加，a和b減小，晶胞體積減小。此外，Sr2+的摻雜提高了La2NiO4+δ陶瓷的電導(dǎo)率，1450℃下燒結(jié)的La1.8Sr0.2NiO4+δ在600～800℃的總電導(dǎo)率達(dá)到83.4 S·cm-1～108.2 S·cm-1，基本達(dá)到中溫固體氧化燃料電池對(duì)陰極材料的要求。半徑較大的Sr2+摻雜后取代巖鹽層中的La3+阻礙了間

5、隙氧離子的遷移，使得高溫下間隙氧的遷移出晶格受阻，表現(xiàn)為總電導(dǎo)率在峰值溫度點(diǎn)后隨著溫度升高降低的趨勢(shì)比未摻Sr2+的樣品平緩。
　　 研究了Fe3+的B位摻雜對(duì)La2-xSrxNiO4+δ(x=0，0.1，0.2)陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的影響。Fe3+的摻雜促進(jìn)了La2-xSrxNiO4+δ體系陶瓷的燒結(jié)性能，降低了陶瓷的燒結(jié)溫度，但是大幅度降低了總電導(dǎo)率，可能是因?yàn)闃悠窡Y(jié)過(guò)程中出現(xiàn)了雜相；Fe3+的摻雜使La2-xSrxNiO4+