(武汉工程大学材料与科学与工程学院,湖北武汉 430074)

Sr和Nd掺杂对La9.33(SiO4)6O2电解质性能的影响

(武汉工程大学材料与科学与工程学院,湖北武汉 430074)

采用尿素-硝酸盐燃烧法对磷灰石型LSO电解质进行了三价稀土元素Nd和二价碱土元素Sr的La位掺杂,对合成样品进行XRD、SEM分析表征,并测试和分析了样品的电导率.结果表明:Sr、Nd掺杂对LSO的晶体结构、物相和形貌产生的影响很小,而适量的掺杂可有效提高LSO的氧离子传输性能.当掺杂x=0.3时,La9.33M x(SiO4)6O2+δ(M=Sr、Nd)具有最高离子电导率,La9.33M0.3(SiO4)6O2+δ在500℃时的电导率分别为7.248×10-3S·cm-1、1.782×10-2S·cm-1.Nd掺杂不仅可以提高电导率,还可以降低传导活化能,相比于Sr掺杂更有利于LSO在中低温SOFCs中的应用.实验认为,Sr、Nd掺杂的LSO属于间隙氧传导机制,掺杂可以提高间隙氧的数量,间隙氧相比阳离子空位对LSO电导率的影响更大.

燃烧合成;硅酸镧;固体电解质;掺杂;离子电导率

0 引 言

磷灰石型La9.33(SiO4)6O2(简写LSO)电解质在固体电解质(SOFCs)应用中比其它稀土硅酸盐固体电解质具有更高的中低温氧离子传输性能,通过掺杂改善其电性能是研究的热点[1-2].氧基磷灰石电解质材料的晶体结构为六方晶系(p63/m空间群)且由-SiO4四面体阴离子基团和具有7,9两种配位数的La位阳离子组成,氧离子因占据结构内的导电通道而使得这类材料具有较高的氧离子电导率[3-5].

掺杂主要是为了提高LSO阳离子空位和间隙氧的数量,从而达到提高LSO电性能目的.现今的研究表明间隙氧比阳离子空位更有利于改善电解质的电导率[6-11].因此,通过掺杂提高间隙氧的……