[發明專利]一種鈣鈦礦結構的電解質材料有效
| 申請號： | 201410030852.5 | 申請日： | 2014-01-22 |
| 公開（公告）號： | CN103825038A | 公開（公告）日： | 2014-05-28 |
| 發明（設計）人： | 林旭平;鐘海濤;艾德生 | 申請（專利權）人： | 清華大學 |
| 主分類號： | H01M8/10 | 分類號： | H01M8/10 |
| 代理公司： | 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201 | 代理人： | 羅文群 |
| 地址： | 100084*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 鈣鈦礦 結構 電解質 材料 | ||
技術領域
本發明涉及一種鈣鈦礦結構的電解質材料，屬于燃料電池以及燃料電解池技術領域。
背景技術
燃料電池是通過電化學反應將化學能轉化成電能的能量轉換裝置，由于它將化學能直接轉化為電能，而不像內燃機那樣需要把化學能轉化為內能和機械能之后再轉化為電能，不受卡諾循環的限制，所以可以達到很高的能量轉換效率。另外，燃料電池環境友好，不會釋放氮化物或硫化物等有害氣體，即使以碳氫化合物做燃料，發電量相同的情況下二氧化碳的排放量也比常規發電減少40%以上。固體氧化物燃料電池（以下簡稱SOFC）的優勢在于其不但有其它燃料電池高效、環境友好的特點，而且其無機固態的電解質很穩定，沒有液體電解質帶來的材料腐蝕和電解質泄露問題。另外其不受低溫燃料電池中必須使用純氫燃料的限制，可以直接使用各種碳基燃料發電，很容易與現有能源資源供應系統兼容。所以SOFC是21世紀最有應用前景的綠色發電系統。
固體氧化物電解池（以下簡稱SOEC）是SOFC的逆過程，可以將水電解，在兩極分別生成氫氣和氧氣。氫能是清潔能源，可來源于水，是最具前景的新能源。水的熱解和光解由于效率極低（低于2%）不具有經濟性，電解是目前最實際最有發展潛力的大規模制氫技術。SOEC的特點在于其轉化效率高且電量需求小，同時可以與核能以及地熱能結合起來進一步提高效率。此外，SOEC可以用作溫室氣體CO2的吸收，將其轉化為CO可燃氣體，是解決碳排放問題的方案之一。
鈣鈦礦結構的LaSrGaMgO3-δ（以下簡稱LSGM）因其在中低溫下有較高的離子電導率及可以忽略的電子電導率，其氧離子遷移數及熱膨脹系數在很寬的氧分壓范圍內（PO2=1～10-20atm)都幾乎不受影響，在還原氣氛中不易被還原且與很多種陰極、陽極都有很好的化學相容性等特點，是較為理想的中低溫固體燃料氧化電池以及固體氧化物電解池的電解質。
目前，針對LSGM的改性工作主要集中在使用過渡元素Co、Fe、Ni等元素對鈣鈦礦的B位進行取代。其作用機理是通過這些元素的摻入，電解質材料變為空穴-氧離子共傳導材料，所需激活能較低的空穴傳導增加，從而提高材料總體的導電性能。但是這種改性引入了變價元素，會增加電解質的電子電導，從而降低電池的效率。
發明內容
本發明的目的是提出一種鈣鈦礦結構的電解質材料，對有應用潛力的LSGM電解質材料進行改性，以鋰元素替代部分鎂元素，得到一種性能明顯優于已有LSGM的電解質材料LSGML。
本發明提出的鈣鈦礦結構的電解質材料，其化學式為La1-aSraGa1-b-cMgbLicO3-δ，其中a=0.01～0.2，b=0.01～0.25，c=0.01～0.2，δ=(a+b)/2+c。
本發明提出的鈣鈦礦結構的電解質材料，其優點是：
1、本發明提出的結構式為La1-aSraGa1-b-cMgbLicO3-δ的電解質材料，與已有技術中LSGM相比，取代元素鋰離子帶電量為+1，而鎂離子帶電量為+2，根據電價平衡可知，用鋰元素對LSGM中的B位元素進行取代，會產生更多的氧空位濃度。另外鋰元素的電負性小與鎂元素，對氧離子的束縛較小，故可以降低整個材料體系的激活能，有利于氧離子的傳導。所以，本發明提出的結構式為La1-aSraGa1-b-cMgbLicO3-δ的電解質材料與已有技術中的LSGM相比，有更高的氧離子電導率。
2、本發明提出的結構式為La1-aSraGa1-b-cMgbLicO3-δ的電解質材料，與已有技術中的LSGM的合成工藝一致，而且都保持了單相的鈣鈦礦結構，因此本發明的電解質材料的生產工藝和設備無需更新。
附圖說明
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