燃烧法制备磷灰石型硅酸镧固体电解质材料的研究

发布时间：2018-03-12 06:27

  本文选题：燃烧合成　切入点：硅酸镧　出处：《武汉工程大学》2010年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：磷灰石型La_(9.33)(SiO_4)_6O_2是一种新型固体电解质材料，具有优良的中低温离子电导率和稳定性。采取合适的制备工艺，降低合成温度、改善低温导电性能，对实现La_(9.33)(SiO_4)_6O_2的商业化应用具有重要意义。 本文采用尿素-硝酸盐燃烧法在较低温度下制备了La_(9.33)(SiO_4)_6O_2电解质，通过引入合适的溶液体系，有效缩短了前驱体的制备时间。运用DSC-TGA、XRD、SEM和激光粒度测试法对样品进行了分析表征，结果表明：燃烧合成的无定形电解质粉体，在800℃煅烧12h后即具有结晶度较高的磷灰石晶体结构，粉体的平均粒径约80nm。 通过对比性试验结合热力学理论分析，研究了硝酸在燃烧合成电解过程中所起的作用，结果表明：硝酸不仅是稀土氧化物的溶剂，还是硝酸铵的来源。当硝酸与氧化镧的摩尔比为10：1时，燃烧合成的电解质粉体具有最高的纯度和结晶度。 研究了预处理、成型压力、烧结温度和保温时间对La_(9.33)(SiO_4)_6O_2致密化的影响，，结果表明：采取球磨预处理以及合适的成型压力（225MPa），可有效消除颗粒内部团聚、降低烧结温度，有利于电解质的致密化。素坯在1400℃（升温速率2℃/min）煅烧3h后致密度可达96%。运用电化学交流阻抗谱法（EIS）研究了烧结体的电性能，结果表明：电解质具有良好的电阻可逆性和稳定性；电导率和温度的关系符合Arrhenius经验公式，电解质具有较高的离子电导率（δ=4.38×10~(-3)S·cm~(-1)，700℃）。 对La_(9.33)(SiO_4)_6O_2进行了Sr、Nd掺杂的研究，结果表明：掺杂对晶体结构和形貌的影响很小；适量掺杂可有效提高电解质的电导率，当掺杂浓度x=0.3时，La_(9.33)M_x(SiO_4)_6O_(2+δ)（M=Sr、Nd）具有最高离子电导率，500℃时分别为δ_(Sr)=7.248×10~(-3)S cm~(-1)和δ_(Nd)=1.782×10~(-2)S cm~(-1)。对掺杂电解质的导电机理进行了初步探讨，本文认为：磷灰石型La_(9.33)M_x(SiO_4)_6O_(2+δ)属于间隙氧传导机制，而且间隙氧比阳离子空位对电导率的影响更大，适量掺杂增加了间隙氧的数量，从而可以提高电解质的离子电导率。
[Abstract]:Apatite type La_(9.33)(SiO_4)_6O_2 is a new solid electrolyte material with excellent ionic conductivity and stability at moderate and low temperature. It is of great significance to realize the commercial application of La_(9.33)(SiO_4)_6O_2. In this paper, La_(9.33)(SiO_4)_6O_2 electrolytes were prepared by urea nitrate combustion at low temperature. The preparation time of precursors was effectively shortened by introducing suitable solution system. The samples were characterized by DSC-TGAA XRDX SEM and laser particle size measurement. The results show that the amorphous electrolyte powder synthesized by combustion has a high crystallinity of apatite crystal structure after calcined at 800 鈩

本文编号：1600326