[发明专利]La9．33Ge6O26电解质材料粉体的LiCl熔盐制备法

说明书

技术领域

本发明属于中温固体氧化物燃料电池电解质材料制备的技术领域。涉及氧磷灰石结构La_9.33Ge₆O₂₆电解质粉体的制备方法，以氧化镧（La₂O₃）和氧化锗（GeO₂）为初始反应原料，氯化锂（LiCl）为熔盐，通过熔盐法低温制备。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是由两块多孔陶瓷电极和介于其中的固体电解质组成的全固态燃料电池。高的工作温度虽然使电池具有较高的电流密度和功率密度，较小的电极极化。但同时对电池的各部件的热稳定性、高温强度、电子导电率、热膨胀匹配、化学稳定性等要求较高，材料选用受限，高温下电极与电解质反应使电池性能下降等。若能降低温度并选用较廉价的材料，则能降低电池对材料的依赖及成本，提高电池稳定性，延长电池寿命，更重要的是有利于固体氧化物燃料电池的规模化和民用化。

现有技术主要采用传统的固相反应法合成氧磷灰石结构La_9.33Ge₆O₂₆电解质粉体，如An Investigation of the Synthesis and Conductivities of La-Ge-O Based Systems（Ionics 8 2002）。固相反应法以氧化镧和氧化锗为初始反应原料，经球磨混合，进行1150℃高温和14h长时间的一次烧结；再次研磨粉碎后，再进行1500℃高温和短时间的二次烧结，以保证样品反应充分。但固相反应法在多次高温烧结过程中，会造成锗挥发，锗成分的流失直接导致La/Ge成分比提高，伴随中间杂质相La₂GeO₅的出现，导致电导率降低。另外，固相反应法合成温度高、耗时长、能量消耗大且成本高；合成的粉体粒径大、粒径分布不均匀、粉体形貌不规则。传统制备方法的诸多缺陷很大程度上限制了氧磷灰石结构La_9.33Ge₆O₂₆电解质粉体的应用。本发明能够弥补传统制备方法存在的缺陷，为固体氧化物燃料电池电解质材料的制备指出了一个新的方向。

氧磷灰石结构La_9.33Ge₆O₂₆电解质粉体的低温LiCl熔盐制备方法还未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术制备氧磷灰石结构La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料粉体存在的问题，提供一种以氯化锂为熔盐，低温制备氧磷灰石结构锗酸镧电解质材料粉体的方法。

为达到既不引入新杂质相又避免因锗挥发而流失的目的，本发明选用氧化镧（La₂O₃）和氧化锗（GeO₂）为初始反应原料，氯化锂（LiCl）为熔盐。其中，氧化镧和氧化锗按照摩尔比9.33∶12配比，优选初始原料（氧化镧和氧化锗的混合物）与熔盐（氯化锂）按照质量比1∶2配比。利用低熔点氯化锂盐在650~850℃时处于熔融态作为反应介质，氧化镧和氧化锗分布在熔盐环境中，加快了彼此间的扩散速率，反应物在液相中实现原子尺度混合，使得反应在原子级进行，从而在比背景技术降低400℃的条件下合成出La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料粉体。反应后采用去离子水溶剂将氯化锂盐溶解，洗涤烘干后即可得到La_9.33Ge₆O₂₆电解质粉体。

本发明的具体技术方案如下：

一种氧磷灰石结构锗酸镧电解质材料粉体的低温制备方法，以氧化镧和氧化锗为原料，以氯化锂为熔盐，其中氧化镧和氧化锗按摩尔比9.33∶12配料，原料和熔盐按质量比1∶1.9~2.5配料；将原料和熔盐混合并加入无水乙醇，在转速为300~600转/分下球磨4~24小时；球磨后的原料和熔盐的混合物烘干后，在650~850℃下烧结8~48小时；烧结后的产物用去离子水洗涤去除氯化锂，再烘干，得到氧磷灰石结构锗酸镧电解质材料粉体。

制得的氧磷灰石结构锗酸镧电解质材料粉体成分是La_9.33Ge₆O₂₆。