[发明专利]磷灰石结构锗酸镧电解质粉体及其低温熔盐制备方法

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。涉及磷灰石结构La_10-xGe₆O_27-1.5x(0≤x＜0.40)电解质材料粉体及其制备方法。

背景技术

随着能源（煤、石油、天然气）几近枯竭，能源问题变得日益严峻，新型能源的开发与应用已成为各国人士研究的热点课题。中温固体氧化物燃料电池（SOFC）以其低碳、环保、高效等优点得到了人们的广泛关注，其中新型固体电解质材料是实现SOFC中温（500℃~800℃）化的关键。近期，磷灰石结构锗酸镧材料以其低激活能（<1eV）和高氧离子电导率（>0.01S·cm^-1）等特点，成为主要研究的新型固体电解质材料。

磷灰石结构锗酸镧电解质材料的传统合成方法为固相反应法。由于固相反应法的低分散性，反应物需要多次高温烧结，不但造成了大量的能量损耗，对实验设备要求较高，并且高温烧结会带来一定量的Ge挥发，导致样品不纯，更重要的是固相法只能合成一定镧锗比例（9.33/6~9.60/6）的磷灰石结构锗酸镧电解质材料。当镧锗比例在（9.60/6~10/6）范围内时，固相法合成出的锗酸镧电解质材料为三斜结构（具体可见Journal of Materials Chemistry杂志的Developing apatitesfor solid oxide fuel cells:insight into structural,transport and doping properties文章的3109页左栏）。高温烧结造成的能量损耗，Ge挥发，以及镧锗比例在（9.60/6—10/6）范围内磷灰石结构的锗酸镧材料的难以合成，这些不利因素极大限制了锗酸镧材料作为中温固体氧化物燃料电池电解质材料的研究与应用。

磷灰石结构La_10-xGe₆O_27-1.5x(0≤x＜0.40)电解质粉体及其低温NaCl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，公开一种La_10-xGe₆O_27-1.5x(0≤x＜0.40)电解质材料粉体,提供了一种以氯化钠为熔盐，低温制备La_10-xGe₆O_27-1.5x(0≤x＜0.40)电解质材料粉体的方法。该方法首先解决现有技术不能制备出磷灰石结构La_10-xGe₆O_27-1.5x(0≤x＜0.40)电解质材料的问题；其次解决高温Ge挥发问题；同时，在很大程度上解决能量损耗问题。

本发明的方法，在既不引入杂质相的前提下，选用氧化镧（La₂O₃）和氧化锗（GeO₂）为初始反应原料，氯化钠（NaCl）为熔盐。其中，氧化镧和氧化锗按照摩尔比10-x∶12（0≤x＜0.40）配比，优选初始原料（氧化镧和氧化锗的混合物）与熔盐（氯化钠）可以按照质量比1∶3配比。利用低熔点氯化钠盐在900℃时处于熔融态，作为反应介质，提高氧化镧和氧化锗离子彼此间的扩散速率，使得反应从低扩散性的分子级别反应转变成高扩散性的原子级别反应，有效提高了反应效率，成功合成出磷灰石结构的La_10-xGe₆O_27-1.5x（0≤x＜0.40）电解质材料粉体。反应后采用去离子水溶剂将氯化钠盐溶解，洗涤烘干后即可得到磷灰石结构的La_10-xGe₆O_27-1.5x（0≤x＜0.40）电解质粉体。

本发明的一种磷灰石结构锗酸镧电解质粉体，成分是La_10-xGe₆O_27-1.5x，其中0≤x＜0.40。这种磷灰石结构锗酸镧电解质材料比现有的锗酸镧电解质材料粉体具有更好的电学性质。

本发明的La_10-xGe₆O_27-1.5x（0≤x＜0.40）电解质粉体制备的具体技术方案如下：