GNP法合成La2NiO4體系混合導體及其導電性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池的工作溫度中低溫化的進程中，遇到一個亟待解決的問題是，工作溫度降低引起陰極極化過電位高，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。目前解決這個問題的思路之一是開發(fā)新的離子電子混合導電材料作為中溫固體氧化物燃料電池的陰極材料，擴大陰極電化學反應(yīng)活性區(qū)，從而降低極化過電位。
　　 近年來，一種有著K2NiF4結(jié)構(gòu)的A2BO4復合氧化物收到廣泛關(guān)注，其中La2NiO4+δ體系復合氧化物在中

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率和與常用電解質(zhì)(YSZ，CGO等)匹配的熱膨脹系數(shù)，有開發(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率僅為50～60S·cm-1，達不到中溫固體氧化物燃料電池對陰極材料的要求(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A、B位離子摻雜改善材料的導電性能，研究材料的結(jié)構(gòu)和導電性能隨材料組成，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題提供了新的途徑。與固相反應(yīng)法相比，GNP法并沒有大幅降低La2NiO4+δ的燒結(jié)溫度，但顯著縮短了燒結(jié)時間。
　　 研究了Sr2+的A位摻雜對La2NiO4+δ陶瓷的結(jié)構(gòu)和導電性能的影響。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計量氧含量(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陶瓷的電導率，1450℃下燒結(jié)的La1.8Sr0.2NiO4+δ在600～800℃的總電導率達到83.4 S·cm-1～108.2 S·cm-1，基本達到中溫固體氧化燃料電池對陰極材料的要求。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)為總電導率在峰值溫度點后隨著溫度升高降低的趨勢比未摻Sr2+的樣品平緩。
　　 研究了Fe3+的B位摻雜對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率，可能是因為樣品燒結(jié)過程中出現(xiàn)了雜相；Fe3+的摻雜使La2-xSrxNiO4+