自蔓延高温合成燃料电池用镧系复合氧化物阴极材料

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1、摘要A1．xBxMn03(A稀土元素，B碱土金属)氧化物材料，由于其特殊的电磁特性受到了广泛的重视。近几年来，La。一xSrx／dn0。这类钙钛矿型结构的氧化物材料因为其具有混合电子一离子导电特性而被广泛的应用于固体氧化物燃料电池阴极材料。在类钙钛矿型晶体结构中通过掺入二价碱土金属(OnCa，Sr,Ba)可以在系统中产生Mn4+或氧空位，由价位补偿的原理，理论上掺入的二价离子的浓度和氧空位的浓度相等。有关这类复合氧化物材料的制备、掺杂的报道多以固相反应法和溶胶凝胶法进行材料制备，本文引入自蔓延高温合成方法(S

2、HS)制备Lat—xSrxMnoa复合氧化物阴极材料，通过强氧化还原反应提高系统中的Mn离子氧化状态，并进而控制和调节产物的电性能，本文通过工艺制度的研究，采用La203一Sr02一Mn—KMn04．NaCl04·H20；La203一Sr02．Mn．KMn04和La203一SrC03-Mn-KMn04一NaCl04·H20作为原料合成得到了一系列的复合氧化物阴极材料LaI_xSr。Mn03，文中讨论了Lal。Sr．Mn03材料合成过程中化学反应机理及结构形成过程。在SHS合成过程中液相量的多少和SHS反应有很

3、大的关系，氧化剂、稀释剂的含量，以及退火温度对产物物相和颗粒尺寸都有一定影响。通过对以上三个体系的研究发现，对于La203一Sr02．Mn—KMn04一NaCl04·H20体系，当高锰酸钾的量y=0．5时，合成出的Lal．xSrxMn03纯度最高．退火温度800℃，稀释剂为15％比较合适；对于Laz03．Sr02．Mn．KMn04体系，当y=0．6时，合成出的Lal_xSrxMn03纯度最高，退火温度1000。C，稀释剂的加入使反应无法进行：对于La203一SrC03．Mn-KMn04．NaCl04·H20体

4、系，产物中含有大量杂相，这说明Sr02在燃烧合成中的氧化作用不可或缺。通过对La203一Sr02一Mn．KMn04一NaCl04·H20体系和La20rSr02一Mn．KMn04体系的反应机理的研究发现：在200。C以前，体系中有少量吸附水脱出，同时少量的Mn与空气中的氧发生反应，生成不同价念的Mn的氧化物，在275℃左右KMn04发生分解，在360℃左右Sm2受热分解得到SrO并放出02，450℃左右体系内NaCl04分解吸热，在425℃左右Lal．xSrxMn03主相已经开始形成，KMn04、Sr02、N

5、aCl04对Mn的氧化作用是一个连续的过程，主相有充分相选择的时间。通过无压烧结，热压烧结和SPS烧结工艺对Lal一xSrxMn03粉末进行烧结，其中SPS烧结在900"C，保温10min得到的烧结样品致密化程度最好。通过对材料电、磁性能的测试发现，当x=0．3时，Lal．xSrxMn03的电导率可以达到88S·till‘。，粉末磁性能测试Hc2173。340e，Ms28066。27A／m，Mr=469．70A／m。关键词：自蔓延高温合成，La。一。SrxMn03，阴极材料，烧结，电导率AbstractAI。

6、BMn03(Aisarare—earthelement，Bisallalkalineearthmetal)areofhightechnologicalimportancebecauseoftheirinterestingelectronicandmagneticproperties．Morerecently,theperovskitemanganitecompounds，Lal．xSrxMn03havebeenusedasthecathodeofthesolidoxidefuelcell(SOFC)becau

7、seoftheirelectro—ionconductivityproperties．Inmanganiteperovskites，substitutionofdivalentions(alkalineearthmetalsviz．Ca,St,B曲intheAsublattice，introducesMn”ionsorholesintothesystem，Itisgenerallyconsideredthattheconcentrationofholesisequaltotheconcentrationofd

8、ivalentcationsbecauseofthechargecompensationbycontrolledvalencies．Anumberofpublicationsexistintheliteratureonthesynthesisofmanganiteperovskites．Recently,Stephanieeta1．publishedareviewonporousmanganeseo