掺杂LaGaO3中温固体氧化物燃料电池电解质.pdf

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1、硅酸盐通报2003年第5期综合评述掺杂LagaO中温固体氧化物燃料电池电解质3李松丽刘文西郭瑞松陈玉如（天津大学材料科学与工程学院，天津300072）摘要叙述了掺杂LaGaO（3LSGM）作为优良的中温SOFC电解质的研究现状。在800C左右，10-165Pa氧分压范围内，LSGM几乎是单纯的氧离子导体，具有较高的电导率，!大于或等于!PO2!100.1S/cm，而且长期保持稳定。在LSGM中掺杂少量低价金属阳离子，可望提高LSGM的电导率。LSGM存在的主要问题是Ga的蒸发。LSGM粉末的制备方法主要有3种：固态反应法、尿素法和SOI-gGI法。关键词掺杂LaGaO

2、（3LSGM）电解质电导率蒸发燃料电池作为继水力、热能和原子能之后的（1）萤石型氧化物。晶体结构中阳离子按面第4代发电技术，以其发电效率高、环境污染小而心立方排布，阴离子按立方排布。每个金属阳离倍受青睐。固体氧化物燃料电池（SOFC）是发展子的周围有8个氧离子，每个氧离子以四面体方最快、最有发展前景的一种发电装置。SOFC以固式与4个阳离子结合。这样的结构中有很多的八体氧化物（如ZFO2，CGO2等）为电解质，对燃料适面体空位，允许阴离子快速扩散。YSZ具有稳定应性强，不需要使用贵金属作催化剂，并且使用全的立方萤石结构，是理想的高温固体电解质，但在固态组件，不存在漏液

3、、腐蚀等问题。这些优点使中温下它的电导率较低。Bi2O3在730C由单斜型得SOFC受到越来越多的重视，尤其是高温SOFC转变为立方结构，相对萤石型结构来说，四分之一发展速度较快。但是由于工作温度高（1000C），氧离子晶格位置是空的，在相变温度以上，Bi2O3高温SOFC对材料和设备的要求非常严格，致使具有很高的离子电导率。但Bi2O3容易发生相其向产业化过渡难度较大。要解决这些问题，必变，而且在低氧分压下易被还原成金属铋，限制了须设法降低工作温度，发展中温SOFC（工作温度它的应用。稀土离子掺杂的CGO2电解质材料电600~800C），其中的关键是寻找一种优良的中

4、温导率高，是较好的萤石型中温电解质。它的问题电解质材料。是强度低、在还原性气氛中易被还原而成为电子/离子混合导体。1电解质材料（2）钙钛矿型氧化物（ABO3）。这类物质为立方晶型，晶体结构中半径较小的A阳离子居于八SOFC系统中，电解质的最主要功能是传导离面体中央，周围有6个氧离子，体积较大的B阳离子，即将氧离子从阴极尽可能高效率的传输到阳子周围有12个氧离子。如果其中1个阳离子被极，同时阻碍电子的传输，因为电子的传导会产生较低的阳离子代替，则为维持电中性，必须产生氧两极短路，降低电池效率。SOFC中，电子电导应离子空位，引起氧离子导电。本文将着重讨论的该比离子电导率

5、小3个数量级［1］。电解质两侧分LaGaO3属于钙钛矿结构，下面将分别论述LaGaO3别与阴极和阳极相接触，长期暴露在强的氧化和的性能和制备方法。还原气氛中，因此，电解质应具备较好的化学稳定性。此外，为了防止气体渗透，电解质必须是致密2掺杂LaGaO3的性能的烧结体。目前常用的电解质材料有：LaGaO3属钙钛矿型氧化物。LaGaO3对氧离作者简介：李松丽（1975~），女，博士研究生.主要从事固体氧化物燃料电池的研究.52硅酸盐通报2003年第5期综合评述子亚晶格有较高的容忍度。如果以!，"分别表得数据几乎相同，说明掺杂的LagaO3具有单纯的示La，ga位置低价阳离

6、子的加入量，则增大!或离子电导［4］。在该体系中，电子电导率比离子电提高温度，可提高容忍度因子，从而减少基体所受导率小4个数量级。的压力，防止LagaO由立方相转为单斜相［2］。实3验证明，在0.1!!!0.2，0.1!"!0.2范围内，掺杂Sr和Mg可使LagaO3保持单一立方钙钛矿结构［3］。Huang对1470C烧结的试样，在室温下进行XRD分析，得到了LaO1.5-SrO-gaO1.5-MgO四元系相图（见图1），从图中可以确定单一立方相存在的范围。从不同相区选择某个组成制备试样，将这些试样在高温（800C）进行分析，其相组成与室温下测定的相组成一致，说明该相

7、图也适用于高温［2］。X：La0.9Sr0.1ga0.8Mg0.2O（3thisstudy）；a：Bi2O3-25%（摩尔分数）；b：ZrO2-7.5%（摩尔分数）Sc2O3；c：CGO2-5%（摩尔分数）Y2O3；d：CGO2-10%（摩尔分数）CaO；G：ZrO2%（摩尔分数）Y2O3；f：ZrO2-15%（摩尔分数）CuO；g：ThO2-9%（摩尔分数）Y2O3图2La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.203与传统萤石型结构氧化物的氧离子电导率的比较体积电导率与氧分压的关系如图3所示。在10-175Pa范围内，电导率保持恒定，不随!PO!102