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A位和/或B位取代的SrTiO3材料具有良好的电导性能,氧化还原稳定性高,使用CH4等作为燃料气时不易积碳,对硫有较好的耐毒性,是一类很有前途的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料。
采用球磨—高温固相法合成了固体氧化物燃料电池阳极材料La4Sr8Ti11Mn1-xGaxO38-δ(x=0,0.25,0.50,0.75),并研究了Ga取代量对该系列材料(LSTMG)的晶体结构、热膨胀系数(TEC)、电子电导率的影响规律。研究结果表明,随着Ga的取代量的增加,LSTMG的晶格常数逐渐减小,电子电导率先增加后降低,热膨胀系数呈现先降低后增加的趋势。当x=0.50时,该系列材料具有较好的综合性能:空气气氛下800℃时热膨胀系数(TEC)为7.39×10-6·K-1,与常用电解质8YSZ材料接近;在测试温度范围内(250-750℃),拥有该系列中最高的电子电导率(0.55.1.2 S·cm-1之间);以该组分为阳极材料对应电池电功率密度最高,800℃下以H2为燃料气,最大电功率密度为26 mW/cm2。
采用球磨—高温固相法合成了固体氧化物燃料电池阳极材料LaSryTi1+yO3(1+y)-δ(y=2,3,4,5)系列A位取代钛酸锶,并研究了不同La取代量的LST在高温烧结时的相结构变化情况,并测试了电子电导率。研究结果表明,随着La的取代量的增加,LST的晶格常数逐渐减小。纯钙钛矿相的LaSr4Ti5O15-δ组分其电子电导率随温度升高而先增大后减小,当温度升至450℃左右,电子电导率达到最大值10.09S·cm-1,符合离子电子混合导体(MIEC)的导电特性。实验得到LST系列材料的电子电导率普遍高于LSTMG系列材料。LaSr4Ti5O15-δ组分LST材料高温下能保持纯相,且具有优良的电子电导率,比较适合作为固体氧化物燃料电池阳极材料。
为改善LSTMG氧化物的电子电导率,通过将LSTMG材料A位中La:sr的比例由1:2改为1:4,用不同比例的Mn和Ga取代LaSr4Ti5O15-δ系列中处于B位的Ti,采用球磨—高温固相法制备La2Sr8Ti9Mn1-xGaxO31-δ(x=0,0.25,0.50,0.75)系列改良LSTMG材料。测试了这一系列LSTMG材料的相结构和电子电导率。研究结果表明,随着Ga的取代量的增加,LSTMG的晶格常数逐渐减小,电子电导率增加。与第三章中LSTMG材料相比较,本章中实验获得的该系列LSTMG材料在测试温度范围内(250-750℃)普遍拥有较高的电子电导率,提升幅度为3-5倍左右。其中,x=0.5组分LSTMG材料350℃时电子电导率为5.66 S·cm-1,为此系列LSTMG材料中的最高值。