[發(fā)明專利]La9．33Ge6O26電解質(zhì)材料粉體的LiCl熔鹽制備法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210450350.9
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN102931423A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高偉;仲林紅;尹廣超;謝曉君;殷紅;王欣;崔啟良
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。涉及氧磷灰石結(jié)構(gòu)La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)粉體的制備方法，以氧化鑭（La₂O₃）和氧化鍺（GeO₂）為初始反應(yīng)原料，氯化鋰（LiCl）為熔鹽，通過熔鹽法低溫制備。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池（SOFC）是由兩塊多孔陶瓷電極和介于其中的固體電解質(zhì)組成的全固態(tài)燃料電池。高的工作溫度雖然使電池具有較高的電流密度和功率密度，較小的電極極化。但同時對電池的各部件的熱穩(wěn)定性、高溫強度、電子導(dǎo)電率、熱膨脹匹配、化學(xué)穩(wěn)定性等要求較高，材料選用受限，高溫下電極與電解質(zhì)反應(yīng)使電池性能下降等。若能降低溫度并選用較廉價的材料，則能降低電池對材料的依賴及成本，提高電池穩(wěn)定性，延長電池壽命，更重要的是有利于固體氧化物燃料電池的規(guī)模化和民用化。

現(xiàn)有技術(shù)主要采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法合成氧磷灰石結(jié)構(gòu)La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)粉體，如An?Investigation?of?the?Synthesis?and?Conductivities?of?La-Ge-O?Based?Systems（Ionics?8?2002）。固相反應(yīng)法以氧化鑭和氧化鍺為初始反應(yīng)原料，經(jīng)球磨混合，進行1150℃高溫和14h長時間的一次燒結(jié)；再次研磨粉碎后，再進行1500℃高溫和短時間的二次燒結(jié)，以保證樣品反應(yīng)充分。但固相反應(yīng)法在多次高溫?zé)Y(jié)過程中，會造成鍺揮發(fā)，鍺成分的流失直接導(dǎo)致La/Ge成分比提高，伴隨中間雜質(zhì)相La₂GeO₅的出現(xiàn)，導(dǎo)致電導(dǎo)率降低。另外，固相反應(yīng)法合成溫度高、耗時長、能量消耗大且成本高；合成的粉體粒徑大、粒徑分布不均勻、粉體形貌不規(guī)則。傳統(tǒng)制備方法的諸多缺陷很大程度上限制了氧磷灰石結(jié)構(gòu)La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)粉體的應(yīng)用。本發(fā)明能夠彌補傳統(tǒng)制備方法存在的缺陷，為固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的制備指出了一個新的方向。

氧磷灰石結(jié)構(gòu)La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)粉體的低溫LiCl熔鹽制備方法還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服背景技術(shù)制備氧磷灰石結(jié)構(gòu)La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)材料粉體存在的問題，提供一種以氯化鋰為熔鹽，低溫制備氧磷灰石結(jié)構(gòu)鍺酸鑭電解質(zhì)材料粉體的方法。

為達到既不引入新雜質(zhì)相又避免因鍺揮發(fā)而流失的目的，本發(fā)明選用氧化鑭（La₂O₃）和氧化鍺（GeO₂）為初始反應(yīng)原料，氯化鋰（LiCl）為熔鹽。其中，氧化鑭和氧化鍺按照摩爾比9.33∶12配比，優(yōu)選初始原料（氧化鑭和氧化鍺的混合物）與熔鹽（氯化鋰）按照質(zhì)量比1∶2配比。利用低熔點氯化鋰鹽在650~850℃時處于熔融態(tài)作為反應(yīng)介質(zhì)，氧化鑭和氧化鍺分布在熔鹽環(huán)境中，加快了彼此間的擴散速率，反應(yīng)物在液相中實現(xiàn)原子尺度混合，使得反應(yīng)在原子級進行，從而在比背景技術(shù)降低400℃的條件下合成出La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)材料粉體。反應(yīng)后采用去離子水溶劑將氯化鋰鹽溶解，洗滌烘干后即可得到La_9.33Ge₆O₂₆電解質(zhì)粉體。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種氧磷灰石結(jié)構(gòu)鍺酸鑭電解質(zhì)材料粉體的低溫制備方法，以氧化鑭和氧化鍺為原料，以氯化鋰為熔鹽，其中氧化鑭和氧化鍺按摩爾比9.33∶12配料，原料和熔鹽按質(zhì)量比1∶1.9~2.5配料；將原料和熔鹽混合并加入無水乙醇，在轉(zhuǎn)速為300~600轉(zhuǎn)/分下球磨4~24小時；球磨后的原料和熔鹽的混合物烘干后，在650~850℃下燒結(jié)8~48小時；燒結(jié)后的產(chǎn)物用去離子水洗滌去除氯化鋰，再烘干，得到氧磷灰石結(jié)構(gòu)鍺酸鑭電解質(zhì)材料粉體。

制得的氧磷灰石結(jié)構(gòu)鍺酸鑭電解質(zhì)材料粉體成分是La_9.33Ge₆O₂₆。