[发明专利]致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法

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。涉及到致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质片体的热高压制备方法，是以熔盐法合成的La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料粉体为原料，利用六面顶大压机，通过热高压方法制备得到致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质片体。

背景技术

随着社会的不断进步，经济的不断发展，能源和环境问题已日益严峻。能源的短缺和环境污染使人们逐渐认识到开发新能源的重要性。中温固体氧化物燃料电池作为一种高效、节能、环保的新型能源，已逐渐成为大家研究的重点。中温固体氧化物燃料电池主要由阴极、阳极和电解质三部分组成，其中电解质是电池性能的基础。磷灰石结构La_9.33Ge₆O₂₆材料以其优越的低温导电性能及稳定的化学性能，成为主要研究的电解质材料。

众所周知，成型的电解质片体的致密度将很大程度上影响中温固体氧化物燃料电池电学性能的好坏，进而影响其实际应用前景。一般情况下，致密的电解质片体都是通过传统的固相法，多次高温（>1400℃）烧结制备，电解质片体的致密度将会随着烧结温度的升高、烧结时间的增长和烧结次数的增多而逐渐增大。然而，对于致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质片体的制备，Ge的高温挥发特性则成为了主要的限制因素，多次的高温烧结，将会导致大量的Ge挥发，使得材料内的La、Ge比例失衡，材料本体成分改变，降低其电学性能（具体可见Journal ofMaterials Chemistry杂志的Synthesis and characterization of lanthanum silicate apatite by gel-casting route as electrolytes for solid oxide fuel cells文章的3109页左上栏）。此外，传统的固相法高温烧结成型无法避免成型片体的多孔隙现象，不利于电学性能的提升（具体可见Journal ofPower Sources杂志的Developing apatites for solid oxide fuel cells:insight into structural,transport and doping properties文章的975-976页扫描电镜图）。因此，制备致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质片体的前提是克服Ge的高温挥发问题，保证材料的纯度。

致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法还未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种利用热高压制备致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料的方法。首先，克服传统高温烧结方法无法避免的Ge的高温挥发问题，制备致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质片体；其次，降低制备温度，降低能量损耗；并且，克服传统固相法无法避免的多孔隙问题。

本发明的方法，以熔盐法制备的La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料粉体为原料，自组装样品腔作为反应腔体，六面顶大压机作为反应设备。首先，将熔盐法制备的La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料粉体在适当的压力下成型；然后，将成型片体装入自组装样品腔；最后，将反应物腔体放入六面顶大压机，在适当的温度和压力下完成反应，得到致密的La_9.33Ge₆O₂₆电解质片体。

所用原料熔盐法制备的La_9.33Ge₆O₂₆电解质材料粉体的具体制备过程，可以参见申请号为201210115119.4的专利申请。

本发明选择氮化硼作为密封和隔离材料，是因为在高温高压下，氮化硼有着优异的稳定性，既能保证反应腔体的密封性和绝缘性，又能保证其不与反应物发生反应，并且反应结束后容易取出反应材料。