共沉淀法制备电池阴极材料电性能的研究

[摘 要]本文主要研究以稀土原料代替纯氧化镧利用共沉淀法来制备固体氧化物燃料电池阴极材料。研究分析采用氢氧化钠和碳酸钠为沉淀剂，1000℃热处理4h的Ln0.7Sr0.3Co0.7Fe0.3O3-δ在1200℃烧结3h的电导率进行了测定与分析。其电导率在500℃到700℃时大于200s/cm。满足中温固体氧化物燃料电池性能的要求。

[关键词]中温固体氧化物燃料电池；稀土；共沉淀；阴极材料；钙钛矿

中图分类号：TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0072-01

0.引言

单一成分的材料往往不能满足电池阴极材料一些性能的需要，掺杂可以对材料的性能产生很大的影响。适度的掺杂可以增加更多的电子（或者空穴） ，提高材料的电导率。本文结合掺杂理论，采用共沉淀的方法，在ABO3 型LaCO3 材料的基础上，对A 位进行稀土元素多掺杂以及B 位相同元素的双掺杂，制备稀土掺杂钴酸镧钙钛矿结构阴极材料。

1.实验

1.1 制备固体燃料电池阴极材料的工艺流程

1） 配料称取：以25克为标准按所需分子式的摩尔配比进行计算。

2） 混合研磨：将药品混和后，将些粉末放入球磨罐中，在球磨罐中加入陶瓷小球（按料/球的比1/20），无水乙醇，研磨24个小时。

3） 干燥：研磨完成后，将粉浆倒入抽滤机中用乙醇进行抽滤。再药品置于烧杯干燥厢中干燥。

4） 热处理：将干燥好的药品研磨后放入坩锅内，在1000℃下热处理四个小时，停止加热，烧成品随炉冷却。

5） 压片：将预烧后的粉料，用研钵研磨，加入粘合剂，压制成片。

6） 烧结：压好的片共三组每组五个共15个片放在铺有氧化铝的耐火砖上，1200℃下烧结三小时，后随炉温冷却到室温。

7） 检测分析：将烧结后的小片取出一组5个样镀上银电极测试电导率[3]。

2.结果与讨论

2.1 电性能分析

表4.1是各个样品在不同温度下的电导率，温度范围在100℃～800℃之间。之所以对这一温度区间的材料进行测试，主要原因在于ITSOFC的工作温度即为500℃～800℃。若在这一区间内阴极材料表现出好的电导率，那么将是很好的阴极材料[6-8]。其中，阴极材料Ln0.7Sr0.3Co0.7Fe0.3O3-δ的电导率是最佳的。根据前面所分析，此样品也是气孔率、吸水率与密度最好的，在800℃～1200℃之间也是失重最多的。引起其具有较好的电导率的原因，可能是因为其在800℃～1200℃之间原料进行了充分的反应，形成了杂质比较少的单一钙钛矿结构，其中的主要物质为LaCoO3、SrCoO3少量的与CeO2。由于其组分比较好，缺陷对钙钛矿结构的生成影响较小。就混合物与晶体而言，一般来说晶体具有更好的导电能力。而在很多报道中提过，一般这类物质的导电机理多为极化子导电机理。

在表4.1中也可看出在100℃～400℃之间有些电导率迅速增长的过程，在低温段，由于Sr2+的引入，体系的电荷补偿主要是通过B位离子的变价来实现的，其电导主要以空穴导电为主。随着温度的增加，电导率增大，主要原因是载流子（即电子空穴）的迁移率随温度升高而增大。随着温度的升高，体系的氧含量开始降低，氧空位逐步大量形成，电荷补偿逐渐变成了以离子型补偿为主，从而导致载流子的浓度降低，使得体系的电导率下降。体系中较高的氧空位浓度也可能使得氧空位成为散射中心或成为电子的捕获陷阱，导致载流子的迁移率也同时下降，因而体系在高温段电导率随温度的升高逐渐下降。但是在所有其他的图中我们也同时显然也是符合这一要求的。同时其满足电导率在500℃～700℃之间大于200s/cm，最为符合中温固体燃料电池材料导电性能。而在很多报道中提过，一般这类物质的导电机理多为极化子导电机理。同时在300℃～800℃电导率变化符合小极化子绝热孔隙理论，高温时以氧空位电荷补偿导电机制为主，致使直线偏转，导电类型也相应由半导体型逐渐向金属型过渡，呈现半导体-金属导电类型。

结论：

参考文献：

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