[发明专利]一种硅铝酸盐黄长石结构的氧离子导体材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种硅铝酸盐黄长石结构的氧离子导体材料La₃Sr₃MgSi₂Al₆O_21.5及制备方法。（1）将纯度为99.9%(质量百分比)以上的La₂O₃、SrCO₃、MgO、SiO₂以及Al₂O₃原始粉末按照La₃Sr₃MgSi₂Al₆O_21.5的计量比组成称量配料；（2）将步骤（1）原料湿式球磨15小时，球磨介质为无水乙醇，球磨后于80℃烘干；(3)将烘干后的粉末在2210~2250℃空气气氛中加热至熔化,然后淬火得到玻璃态前驱体；（4）将步骤（3）制得的玻璃态前驱体于800℃下退火4~8小时，使玻璃完全结晶得到目标结构物相的陶瓷材料。本发明制备的材料化学稳定性好、机械性能优异、成本低廉，氧离子电导率在600℃达到2.2×10⁻²~2.5×10⁻²S/cm，极具工业应用前景。

技术领域

本发明涉及氧离子导体材料，特别是涉及可应用于基于氧离子传导特性材料的电化学器件如固体氧化物燃料电池电解质、氧传感器、氧离子泵、氧气分离膜等器件的氧离子导体材料及其制备方法。

背景技术

氧离子导体在包括固体氧化物燃料电池（SOFC）、氧离子传感器、氧离子泵、氧气分离膜以及合成气生产中的天然气氧化等重要技术中的被广泛应用。为了降低这些器件工作温度，人们尝试着去发现新型氧离子导体以及对它们进行原子级传导机制的研究。传统氧离子导体材料通常是通过阴离子空位的传导来实现氧离子传导的，例如高对称性的萤石和钙钛矿型结构。然而最近的研究已经揭示出，以过量间隙氧离子作为载流体的材料体系，实现了相对于空位型传导材料具有更高的氧离子电导率，这些材料结构类型包括层状钙钛矿、、磷灰石、白钨矿、钙铝石和黄长石等材料。

目前，被报道过的黄长石型间隙氧离子导体仅为镓酸盐，而更加具有成本效益的无镓化合物是否能够提供间隙氧离子导电却未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学稳定性好、机械性能优异、成本低廉，同时具有高的氧离子电导率的氧离子导体材料及其制备方法。

本发明的氧离子导体材料的化学组成为La₃Sr₃MgSi₂Al₆O_21.5。

该氧离子导体材料的制备方法步骤为:

(1) 将纯度为99.9%(质量百分比)以上的La₂O₃、SrCO₃、 MgO、SiO₂以及Al₂O₃原始粉末按照La₃Sr₃MgSi₂Al₆O_21.5的计量比组成称量配料；

(2) 将步骤（1）原料湿式球磨15小时，球磨介质为无水乙醇，球磨后于80 ℃烘干；

(3) 将烘干后的粉末在2210~2250 ℃空气气氛中加热至熔化, 然后淬火得到玻璃态前驱体；

(4) 将步骤（3）制得的玻璃态前驱体于800 ℃下退火4~8小时，使玻璃完全结晶得到目标结构物相的陶瓷材料。