新型磷灰石结构硅酸镧氧离子导体制备及性质探索研究

磷灰石结构硅酸镧具有优良的氧离子导电性，且氧离子迁移活化能低，有希望作为中低温燃料电池(SOFC)的固体电解质材料，因而引起关注。但其热力学性质研究还未开展，本项目用冶金物理化学的研究方法，研究稀土元素(Pr、Nd、Sm、Y)La位掺杂及过渡金属元素(Ni、Co、Fe、Mn)Si位掺杂硅酸镧化合物的结构、电导率、热膨胀性质。精确测定掺杂离子浓度变化引起的化合物晶体结构参数变化，测定掺杂离子浓度变化对电导率、热膨胀性质的影响，建立不同掺杂元素及其离子浓度对电导、热膨胀性影响的非线性数学模型，探索提高磷灰石结构硅酸镧氧离子电导率的方法和机理。考察硅酸镧快氧离子导体的烧结机理和动力学。本项目研究成果将成为该类材料优化的化学成分设计的基础和依据，还将提供该类新材料优化的烧结工艺参数。

实现SOFCs中温化是SOFCs的商业化的必然趋势，这要求所用的固体电解质材料在中温下具有高的氧离子电导率。磷灰石型硅酸镧及立方结构钼酸镧(La2Mo2O9)在中温下具有较低的活化能和高的氧离子电导率，有希望成为中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCS)的电解质材料。.本项目采用固相法和溶胶-凝胶法合成硅酸镧、钼酸镧粉体，在不同的烧结温度下制备成电解质。研究了稀土元素(Pr、Nd、Sm、Y)La位掺杂及过渡金属元素(Ni、Co、Fe、W、 Mo)Si位掺杂硅酸镧化合物的结构、电导率、热膨胀性质。测定了掺杂离子浓度变化引起 的化合物晶体结构参数变化，测定了掺杂离子浓度变化对电导率、热膨胀性质的影响。.本项目还研究了Pr、W双掺杂钼酸镧的导电性，研究表明Mo位掺杂15%W就能抑制钼酸镧的结构相变，同时La位掺Pr能够提高电导率。电子电导率测试结果表明在中温下Pr、W双掺杂钼酸镧依然主要是氧离子导电。.立方结构镨酸镧(Pr2Mo2O9)是一种新型氧离子导体。本项目研究了镨酸镧的稳定性及导电性，还研究了La、W掺杂对提高镨酸镧导电性的作用。