低温固体氧化物燃料电池LSGM-（Li/Na）₂CO₃复合电解质材料导电性能研究

【作者】 徐舜； 林旭平； 艾德生； 葛奔； 彭志坚；

【机构】 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室； 中国地质大学(北京)；

【摘要】 碳酸盐陶瓷复合电解质材料在低温下（600℃以下）具有极高的离子电导率,是一类非常有潜力的可应用于低温固体氧化物燃料电池（LT-SOFC）的电解质材料。本文用LSGM(La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ)与Li₂CO₃/Na₂CO₃（52/48 wt.%）混合盐复合制备了新型的复合电解质材料,并对其制备工艺以及导电特性进行了研究。本文中的LSGM粉体采用固相法合成,XRD结果显示其为纯相。复合电解质采用先烧结LSGM多孔陶瓷基体,再与熔融碳酸盐浸润的方式制备。在LSGM陶瓷烧结时外加不同比例的PMMA造孔剂（0,10,20,30,40 wt%）,再将烧结后的LSGM陶瓷基体置于锂钠碳酸盐熔池并在650℃保温1小时,使其与碳酸盐充分浸润,然后再将其从熔池中取出,置于空气中冷却得道LSGM碳酸盐复合电解质。文中利用SEM观察LSGM陶瓷以及LSGM碳酸盐复合电解质的断面形貌。结果显示陶瓷基体中出现大量连贯的孔洞,说明PMMA可以有效的在LSGM陶瓷基体中引入贯通空。LSGM碳酸盐复合电解质的断面背散射图片显示碳酸盐顺利浸入陶瓷基体内部并填满孔洞,形成相对致密的碳酸盐复合电解质。文中采用交流阻抗法对碳酸盐复合电解质的电导率进行测试,结果显示其电导率随PMMA加入量的增加而增大,当PMMA加入量为40%时,电导率在600℃达到0.088 S/cm。利用阿累尼乌斯方程对电导率进行拟合,发现碳酸盐复合电解质的电导率在480℃附近有一个明显的转折点,在转折点之上,电导率迅速增大。更多还原