[发明专利]一种金属元素掺杂La2

说明书

一种金属元素掺杂La₂Mo₂O₉固体电解质的制备方法，涉及固体电解质制备技术领域。首先La(NO₃)₃•6H₂O、(NH₄)₆Mo₇O₂₄•4H₂O、Pb(NO₃)₂或者钛酸四丁酯用蒸馏水溶解；然后加入柠檬酸并调节体系pH值后利用超声波清洗仪分散均匀，接着转移至微波化学反应器中加热反应形成湿凝胶；最后将湿凝胶烘干、煅烧然后制片烧结。在钼酸镧基体La位掺杂Pb²⁺，Ti⁴⁺不仅能够有效地抑制该基质的α/β相转变，还可以提高晶体结构中氧空位，提高电导率。电解质具有良好的离子电导率、较低的电导活化能、较高的烧结活性。在800℃时达到最大电导率0.0253S/cm，电导活化能为1.312 eV。

技术领域

本发明涉及固体电解质制备技术领域，具体是涉及一种金属元素掺杂La₂Mo₂O₉固体电解质的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)因独有的全固态结构、能量转换效率高、环境友好、可靠性、燃料使用范围广、损耗小、寿命长等特点，成为新能源领域中的研究热点。传统SOFC使用温度较高(800～1000℃)，对相关材料性能要求很高，限制了SOFC的发展和应用，因此开发中低温SOFC已成为必然趋势。固体电解质材料是SOFC的关键部件，因此开发高导电率的电解质材料对SOFC的发展和应用至关重要。

随着现如今社会存在的能源短缺和环境污染问题的日益严重，研发新型绿色环保材料迫在眉睫。而固体氧化物燃料电池将化石能源中能量转化为电能的热循环过程。而以YSZ为电解质的SOFC的工作温度高达800℃以上，带了成本高、密封难、电极难匹配等问题。研发在中温(500-800℃)具有较高离子电导率的新型氧离子导体对SOFC具有重要意义。钼酸镧是Laccore 于2000年首先报道的，电导率由于温度升高变大，由于制备工艺步骤少、价格低成为研究人员的候选材料，为深入研究导电性能等奠定了基础。

大量数据表明有特殊结构的钼酸镧，本身即使不掺杂其他元素，本身也可以有氧空位并且电导率高于YSZ，再加上其制备工艺比较简单，原材料的价格比较低等优点，但是也有很大的缺点，高温是能够发生相变。即在580℃时基体钼酸镧为发生由高温立方(β-La₂Mo₂O₉)到低温单斜(α-La₂Mo₂O₉)的相变，这一相变不仅伴随着电导率降低2个数量级，且还会使电子电导增加。在强还原气氛中，其转变为完全非晶体态缺氧严重时将导致La₂Mo₂O₉完全分解；热膨胀系数增大，影响电解质材料与电极材料的组装。综合以上因素钼酸镧燃料电池存在很大的局限性，所以实验在掺杂的角度和稳定其高温结构相进一步改善，本实验主要探究其比例与元素对其性能影响，找到最合适的方案。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种金属元素掺杂La₂Mo₂O₉固体电解质的制备方法。获得的电解质材料可以有效抑制相变发生，提高钼酸镧基体的电导率，其有望应用于中低温固体氧化物燃料电池电解质材料。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种金属元素掺杂La₂Mo₂O₉固体电解质的制备方法，采用超声波-微波溶胶凝胶法，步骤如下：