[发明专利]一种A、B位共掺杂钛酸锶导体材料及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201811572837.8 申请日: 2018-12-21
公开(公告)号: CN109637694A 公开(公告)日: 2019-04-16
发明(设计)人: 单科;李楠;姚喆;孙丽达;王静;李自静;赵进宣 申请(专利权)人: 红河学院
主分类号: H01B1/08 分类号: H01B1/08;H01M4/90;H01B13/00
代理公司: 北京高沃律师事务所 11569 代理人: 刘奇
地址: 661100 云南省*** 国省代码: 云南;53
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摘要:
搜索关键词: 导体材料 共掺杂 钛酸锶 电导率 离子电导率 立方钙钛矿 钙钛矿型 总电导率 掺杂量 氧空位 制备 离子 优化
【说明书】:

发明提供了一种A、B位共掺杂钛酸锶导体材料,属于导体材料领域。本发明通过对钙钛矿型SrTiO3进行A位7mol%Y共掺杂、B位xmolCr共掺杂,得到分子式为Y0.07Sr0.93CrxTi1‑xO3‑δ的导体材料,其中x=0.05~0.15,使SrTiO3的性能和结构进行了优化,增加了氧空位浓度提高了电导率,同时通过控制Cr离子的掺杂量,得到了结构为立方钙钛矿型的Y0.07Sr0.93CrxTi1‑xO3‑δ导体材料。实施例的结果表明,当x=0.15时,900℃时,离子电导率可达0.02622S·cm‑1,材料的总电导率可达0.227S·cm‑1

技术领域

本发明涉及导体材料领域,特别涉及一种A、B位共掺杂钛酸锶导体材料及其制备方法。

背景技术

钙钛矿氧化物是性能较好的导体材料,主要应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的电极材料、氧传感器和透氧膜材料。由于其在经济与环保方面的优势,受到了较为广泛的重视。

固体氧化物燃料电池(SOFC)以Ni-YSZ金属陶瓷为电池阳极,然而,当使用天然气等燃料的时候,燃料中含有的硫会与Ni-YSZ中的镍发生反应,造成阳极催化剂硫中毒,导致电极活性降低,进而导致电池性能下降。因此,Ni-YSZ不适合以碳氢天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的阳极材料。为解决阳极目前所存在的问题,研究者们开发了新型的电子-离子混合导体的阳极材料;在电子-离子混合导体中,移动的氧离子能够直接到达阳极,电子也能很快传到连接体;因此,电化学反应就不需要像Ni-YSZ阳极材料的三相界面,而是将电极反应扩充到整个阳极材料与气体的两相界面上,从而扩大了电化学反应的有效区域,提高了电池性能。当Ni-YSZ材料被用作致密扩散障型氧传感器时,其中的金属容易与空气中的氧发生反应,体积变化使传感器开裂。为避免传感器开裂问题,可以用钙钛矿材料替代Ni-YSZ金属陶瓷材料,钙钛矿型氧化物同时具有电子导电性能和离子电导电性能,ABO3钙钛矿型氧化物也具有良好的化学稳定性和结构稳定性,A位和B位有很强的掺杂能力,一般来说,施主掺杂可以提高材料的电子电导,受主掺杂可以提高材料的氧离子电导,能够作为氧传感器扩散障的泵氧层材料。

ABO3混合导体膜材料表现出更高的氧渗透性能,在氧分离等领域具有较大的应用潜力。ABO3型混合导体致密透氧膜同时具有氧离子电导和电子电导,它不仅具有催化活性,在中高温下还能选择性透氧,因而在燃料电池,纯氧制备以及化学反应器方面具有出较大的应用前景。

钙钛矿型氧化物SrTiO3基材料表现出了相对较好的性能,作为固体燃料电池的阳极材料、透氧膜材料以及氧气传感器材料得到了广泛的研究。虽然Y掺杂可以提高SrTiO3的电子电导率,但是其离子电导率还比较差。因此,如何对Y掺杂SrTiO3的性能进行结构和性能的优化,进一步提高离子导电能力,从而大幅度提高导体材料的电导性能是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种A、B位共掺杂钛酸锶导体材料及其制备方法,本发明通过在B位共掺杂xmolCr,提高了混合导体材料的电导性能。

本发明提供了一种A、B位共掺杂钛酸锶导体材料,所述A、B位共掺杂钛酸锶导体材料为对钙钛矿型SrTiO3进行A位7mol%Y共掺杂、B位xmolCr共掺杂,所述A、B位共掺杂钛酸锶导体材料的分子式为Y0.07Sr0.93CrxTi1-xO3-δ,其中x=0.05~0.15。

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