[發明專利]一種低溫預燒制備氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體的方法

無效

• 申請號: 201210182798.7
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102659127A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 劉占國;相珺;歐陽家虎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20;H01M8/10;H01M8/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種制備氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體的方法。

背景技術

燃料電池是一種高效、環境友好的電化學能量轉換裝置，以其獨特的優點成為21世紀最具發展潛力的綠色能源。其中固體氧化物燃料電池(Solid?Oxide?Fuel?Cells，SOFCs)由于具有高的能量轉換效率、結構簡單、無液體腐蝕和流失問題以及壽命長等優點，引起了人們的廣泛關注。目前商業化應用中主要使用氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)作為電解質材料，但是此材料需要在1273K的高溫下才能維持其高的離子電導率，由于使用溫度過高，導致電解質老化，電極和連接材料選擇困難，啟動時間長，制造成本高，密封和結構上的問題以及長時間運轉穩定性等問題，因此較高的操作溫度在一定程度上限制了SOFCs的發展和使用。

氧基磷灰石型硅酸鑭電解質材料在中低溫下具有高的離子電導率和低的活化能，而且其熱膨脹系數與陰陽極材料相匹配，有可能成為一種性能優異的新型電解質材料，從而加速SOFCs的中低溫化進程和商業化發展。目前這種電解質材料的制備方法主要是高溫固相反應法和溶膠凝膠法。溶膠凝膠法制備的粉體粒徑小而且均勻，燒結溫度較低，但是所使用的金屬純鹽成本較高；高溫固相反應法操作簡單，成本低，是目前為止最常用的制備方法，但是高溫固相反應法所使用的氧化物粉體需要在高于1873K的溫度下保溫10～30h才能合成氧基磷灰石結構的硅酸鑭相，而由于粉體混合的不均勻，常形成阻礙電導率提高的第二相La₂SiO₅或La₂Si₂O₇，第二相的存在也影響了固相反應致密化的進行，不利于電導率的提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有溶膠凝膠法制備氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體所需要的原料成本高；未經預燒粉體需要在高于1873K的溫度下保溫10～30h才能合成氧基磷灰石結構的硅酸鑭相，耗能多；并且因粉體混合的不均勻，常形成第二相La₂SiO₅或La₂Si₂O₇，導致電導率低的技術問題，而提供一種低溫預燒制備氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體的方法。

一種低溫預燒制備氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體的方法，通過以下步驟實現：一、將La₂O₃粉體與SiO₂粉體進行干燥處理，控制干燥溫度為873～1273K，干燥1～4h后降至室溫，其中升溫速度為100～300K·h^-1，降溫速度為100～500K·h^-1；二、根據化學式La_10-xSi₆O_27-3x/2，按照La與Si的化學計量比為(10-x)∶6，取步驟一中干燥后的La₂O₃粉體與SiO₂粉體，其中0≤x≤0.67；三、將步驟二取得的La₂O₃粉體與SiO₂粉體放入球磨罐中，同時加入無水乙醇和氧化鋯磨球，無水乙醇的加入量為La₂O₃粉體與SiO₂粉體總質量的0.5～3倍，氧化鋯磨球的質量為La₂O₃粉體與SiO₂粉體總質量的3～5倍，密封后的球磨罐置于球磨機上，以200～400rpm的轉速濕混12～48h，得到混合粉體；四、將步驟三得到的混合粉體在250～300K溫度下烘干，然后經160～500目過篩，再在空氣爐中以1473～1673K的溫度預燒5～15h；五、將步驟四得的混合物粉體進行研磨和過篩后得到粒徑5～100μm的氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體。

本發明的優點：比溶膠凝膠法所使用的原料成本低，制備粉體工藝簡單；利用本發明得到的氧基磷灰石型硅酸鑭電解質粉體，通過固相反應制備固體電解質時，固相反應溫度降至1773～1873K，保溫時間需5～10h，耗能量降低；能嚴格控制氧基磷灰石型硅酸鑭的化學計量比，產生的第二相含量低，產品純度高，有利于提高產品固相反應后的電導率。

附圖說明