鋅摻雜La9.33（SiO4）6O2電解質的制備與電導率研究

雷 紅，李文昭，馬 東，黃志良

武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205

固體氧化物燃料電池（solid oxide fuel cell，SOFC）以其結構和轉換效率上獨特的優勢，成為發展最快的燃料電池［1-2］。磷灰石型La9.33（SiO4）6O2（lanthanum silicate crystal，LSO）電解質具有良好的電導性和化學穩定性，使得LSO在中低溫下仍能保持較高的氧離子傳導性能。因此，LSO作為一種性能優異的固體電解質材料，得到人們的廣泛關注。

通過摻雜其他離子來改變氧離子傳輸通道是提高LSO電導性能的主要途徑［3-6］。目前，對堿土金屬La位進行摻雜的研究已經相當成熟［7-8］，Tian等［9］通過相關實驗制備了Pr摻雜在La位的硅酸鑭，其中Pr的摻入可以增強電解質電導率，其總電導率的增強還取決于所得電解質的致密度。而對非金屬Si位進行摻雜研究主要在于如何提高LSO電解質中的陽離子空位和間隙氧的數量［10］，Ding等［11］研究發現加入少量的過渡金屬Cu進行Si位摻雜，Cu的摻入可以增加電解質的氧離子傳導，并與Cu的摻量有關。但是由于過渡金屬離子的價態有多種，摻雜時也會引入電子電導。隨著摻雜離子的含量增加，電子電導將占據主要導電方式，從而降低電解質的整體電導率，這對Si位摻雜元素的選擇形成了一定的限制。Zn2+的半徑相比于Si4+的半徑要大，理論上，Zn的摻入可以使［XO4］四面體體積增大15%［12］，進而增大間隙氧的遷移通道，從而提高電導率。

本實驗選擇在電解質Si位進行Zn摻雜，Zn的摻入能提高整個電解質的空間結構，可以有效改善電解質的電導率，通過燃燒法［13］在LSO的Si位摻雜Zn2+，成功制備出了鋅摻雜La9.33Si6-xZnxO26-y固體電解質。……