[发明专利]一种氧化钐基的固体电解质及其制备方法

说明书

一种氧化钐基的固体电解质及其制备方法，分子式为Sm_1‑xA′_xInO_3‑α、Sm_1‑xA′_xScO_3‑α、Sm_1‑xA′_xGaO_3‑α、Sm_1‑xA′_xFeO_3‑α或Sm_1‑xA′_xCoO_3‑α，A′＝Na和/或Ca，x＝0～0.5；方法为：(1)准备Sm、A′和B元素的氧化物、碳酸盐或硝酸盐为原料；(2)球磨混合获得混合粉体I；(3)混合粉体I压制成块，800～1200℃煅烧，随炉冷却获得煅烧物料；(4)煅烧物料球磨磨细获得混合粉体II；(5)混合粉体II压制成块，在1200～1600℃烧结，随炉冷却。本发明的材料具有高质子迁移数，具备催化活性的材料，满足质子导体在电化学合成、电解水制氢、氢分离、传感器等领域的应用需求。

技术领域

本发明属于固体电解质技术领域，具体涉及一种氧化钐基的固体电解质及其制备方法。

背景技术

ABO₃型质子导体可以在高温下产生质子导电，可以应用于燃料电池、电化学合成、电解水制氢、氢分离、传感器等领域，具有良好的应用前景。

钙钛矿结构ABO₃为立方、四方或者正交晶系，其中A位通常为+2价阳离子(如Ba、Ca、Sr)，B位为+4价阳离子(如Zr、Ce)，通常以低价元素对A位或B位元素进行掺杂后，使原材料产生氧空位。氧空位捕获气氛中的水蒸气或者氢气可引入质子，产生质子导电，同时材料中的氧空位也可产生导电，通过控制A、B位离子半径，可改变材料的晶体结构，促进或阻碍材料中的氧离子、质子导电，从而调整材料中氧离子电导率、质子电导率及总电导率。其中离子总电导率(氧离子及质子电导率之和)较高的材料适合应用于燃料电池及电解水制氢；质子电导率较高、氧离子电导率极低的材料，即质子迁移数较高的材料适合应用于氢分离、传感器等领域。

在氢分离等领域应用中，掺杂Fe、Ni等元素，可提高材料的催化活性，调高氢分离效率。但是，现有的ABO₃型材料中，适合应用与氢分离的正交相材料BaCeO₃、SrCeO₃，Ce⁴⁺离子半径较大为Fe、Co、Ni离子较小，掺杂后易改变材料的结构，产生氧离子及电子导电，降低氢分离效率，限制材料的应用。

本发明的技术方案为：

本发明的目的是提供一种氧化钐基的固体电解质及其制备方法，采用Sm³⁺作为ABO₃型钙钛矿结构材料的A位离子，选择+3价离子作为B位元素，构成SmBO₃型材料。

本发明的氧化钐基的固体电解质的分子式为Sm_1-xA′_xInO_3-α、Sm_1-xA′_xScO_3-α、Sm_1-xA′_xGaO_3-α、Sm_1-xA′_xFeO_3-α或Sm_1-xA′_xCoO_3-α，A′＝Na和/或Ca，x＝0～0.5，3-α取值随总价态配平。

本发明的氧化钐基的固体电解质的制备方法按以下步骤进行：

1、准备Sm、A′和B元素的氧化物、碳酸盐或硝酸盐为原料；其中B元素为In、Sc、Ga、Fe或Co；

2、将全部原料置于球磨罐中球磨混合，至平均粒径≤5μm，获得混合粉体I；