專利名稱：：具有高混合電導(dǎo)率的ABO<sub>3</sub>型鈣鈦礦復(fù)合氧化物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一個具有高混合電導(dǎo)率的AB03型鈣鈦礦復(fù)合氧化物體系，具體涉及Sm。.5Sr。.5Co03—《(SSC)基礎(chǔ)上在A位的雙稀土元素摻雜，屬于材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：LnM03(Ln:稀土元素，M:Fe，Co，Ni)型鈣鈦礦復(fù)合氧化物是一種離子-電子混合導(dǎo)體材料(MIEC)，這種材料一般具有電子(離子)導(dǎo)電性高和催化性能好等特點，在固體氧化物燃料電池、氧分離膜、傳感器、膜催化與膜反應(yīng)器等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。以其在固體氧化物燃料電池(SOFC)方面的應(yīng)用為例，眾所周知，傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池的工作溫度常在8001000'C范圍，由此帶來界面間的反應(yīng)、材料的密封、材料間的匹配、電池啟動時間長等諸多問題，而導(dǎo)致SOFC的制作成本過高，在很大程度上限制了固體氧化物燃料電池的商業(yè)化進程。目前，工作溫度在500800'C的中溫固體氧化物燃料電池(IT-SOFC)已逐漸成為SOFC的研究熱點。然而，中低溫固體氧化物燃料電池發(fā)展的主要挑戰(zhàn)是缺乏在該操作溫度下具有低過電位，高電導(dǎo)率，以及與其它電池組件熱性質(zhì)相匹配的陰極材料。與高溫SOFC相匹配的La卜5nMn03陰極材料在高溫度下具有良好的電子導(dǎo)電能力和氧還原催化活性，但溫度降低至80(TC以下時，其陰極極化電阻急劇上升，不再適合用作中溫SOFC的陰極材料。陰極材料作為IT-SOFC的重要材料之一，它的結(jié)構(gòu)、性能及反應(yīng)機制將影響氧離子的輸運及電池系統(tǒng)的性能。鈷基ABO:,型鈣鈦礦氧化物由于在中低溫下具有良好的混合(氧離子-電子)導(dǎo)電特性，被認為是理想的中溫固體氧化物燃料電池陰極材料之一，并得到了廣泛的研究。Sm.5Sr。.5CoO:i—s(SSC)是一種在中低溫下具有較高電導(dǎo)率的材料，并被用作中低溫固體氧化物燃料電池陰極材料。由于稀土元素在結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)上的相似性和連續(xù)性，分離過程復(fù)雜，單一稀土復(fù)合氧化物的制備成本比使用混合稀土的要高。因此，僅就LnM(l型鈣鈦礦復(fù)合氧化物在中低溫固體氧化物燃料電池方面的應(yīng)用而言，研究一種在中低溫下具有高的導(dǎo)電性(電導(dǎo)率作為SOFC對陰極材料要求的重要指標之一，其數(shù)值大小對電池的輸出電流和輸出功率有著重要的影響)，且在成本上有優(yōu)勢的材料是必要的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種成本低、導(dǎo)電性好的具有高混合電導(dǎo)率的ABO,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物。本發(fā)明的技術(shù)解決方案本發(fā)明采用的化學(xué)組成式為Sm。.^GcLSr,,5C0(V,y，其中0<x<0.5。本發(fā)明將一定量的Gcf+摻雜到Sm.5Sr。.5Co(V《的A位取代部分Sm3+，形成化學(xué)組成式為Sm0.5—xGdxSr。.5Co03-s(0<x<0.5)的復(fù)合氧化物。優(yōu)選組成式為Sm。:,Gd。.2Sr。.5Co0h的材料在500°C時的電導(dǎo)率為1820.8S.cm—1，80(TC時的電導(dǎo)率是1543.3S.cm—1,與Sm0.5Sr.5Co03—。在相應(yīng)溫度下的電導(dǎo)率基本一致。所以本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明的陰極材料具有高的電導(dǎo)率。2、應(yīng)用混合稀土可降低材料的制備成本。3、本發(fā)明的鈣鈦礦復(fù)合氧化物材料在固體氧化物燃料電池、氧分離膜、傳感器等領(lǐng)域有一定應(yīng)用前景。圖1是采用溶膠-凝膠法合成的粉體經(jīng)1200'C焙燒后的X射線衍射曲線圖。圖2是Sm。.:,Gd。.2Sr。.5Co03-《在500800。C范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化曲線。圖3是Smo.5-,GclSr。.5Co03-《系列材料在50080(TC范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化曲線。圖4是Sm。丄GciSr。.5Co03i系列材料的電導(dǎo)率隨成分的變化曲線。具體實施例方式本發(fā)明的材料可以用固相反應(yīng)法、甘氨酸-硝酸鹽法和溶膠-凝膠法合成。下面以溶膠-凝膠法合成為例介紹本發(fā)明材料的合成方法?；瘜W(xué)組成式為Sm。.5iGcLSr。.5CoO:,—《體系氧化物，其中0<x<0.5。本發(fā)明實施例共有4例。以合成0.05mol的31。.5^}(^^5(:003-,為例，所需配料見表1。合成過程如下1、按化學(xué)計量比稱取一定量的Sm203(化學(xué)純)、GdA(化學(xué)純)加入適量蒸餾水，并加入過量的HNO:,使SmA、GdA完全溶解，然后加入5.317gSr(N03)"14.625gCo(N03)26H20，控制混合溶液的PH值在12之間。2、按金屬離子總數(shù)聚乙二醇=(U090):1的摩爾比稱取聚乙二醇并溶于水配成2%的溶液后倒入混合溶液。3、用2mol/l氨水調(diào)整溶液pH值至45之間。溶液在8(TC水浴中并攪拌蒸發(fā)溶液中的水分，直至形成凝膠。4、將凝膠在空氣中加熱到15(T300'C使其自燃得到蓬松的黑色粉末。將得到的粉末研細放入球磨機中球磨2h后放入馬弗爐中50(T90(TC預(yù)'燒25小時，以去除其屮的有機成分，得到初級Sm。.5—,Gd5r。.;Co(Vfi粉體。5、最后將初級粉體置于1000120(TC焙燒310h，即得到具有高電導(dǎo)率的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物Sm。.5—xGd,Sr。.5CoO:,—6粉體。對其進行XRD粉末衍射法測定，結(jié)果均形成了單一的正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，如圖1所示。電導(dǎo)率測試結(jié)果顯示混合稀土摻雜的復(fù)合鈣鈦礦氧化物具有較高的電導(dǎo)率，50(TC時Sm.3Gd。.2Sr。..;Co03-s的電導(dǎo)率達到最大值1820.78S.cm'，該體系最小的電導(dǎo)率也在727.92S.cm—'。相應(yīng)實施例的電導(dǎo)率如圖2、3禾口4。表1各實施例配料表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、具有高混合電導(dǎo)率的ABO3型鈣鈦礦復(fù)合氧化物，其特征在于化學(xué)組成式為Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ體系氧化物，其中0＜x＜0.5。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高混合電導(dǎo)率的AB03型鈣鈦礦復(fù)合氧化物，其特征在于化學(xué)組成式為Sm.3Gd。.2Sr。.5Co03-5。全文摘要本發(fā)明涉及一個具有高混合電導(dǎo)率的ABO<sub>3</sub>型鈣鈦礦復(fù)合氧化物體系，具體涉及Sm<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>(SSC)基礎(chǔ)上在A位的雙稀土元素摻雜，屬于材料領(lǐng)域。其化學(xué)組成式為Sm<sub>0.5-x</sub>Gd<sub>x</sub>CoO<sub>3-δ</sub>(0＜x＜0.5)。本發(fā)明的鈣鈦礦復(fù)合氧化物在500～800℃范圍內(nèi)具有較高的混合電導(dǎo)率，500℃時組成為Sm<sub>0.3</sub>Gd<sub>0.2</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>的電導(dǎo)率達到1820.8S.cm<sup>-1</sup>，與A位沒有摻雜Sm<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>基本相同。該鈣鈦礦復(fù)合氧化物在中低溫固體氧化物燃料電池、氧分離膜、傳感器等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。文檔編號C04B35/32GK101407413SQ20081017417公開日2009年4月15日申請日期2008年11月5日優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日發(fā)明者仲崇英,芬周,安勝利,宋希文,郭曉燕申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)