高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法，通过三氧化二镓掺杂铌酸钠陶瓷的制备，通过将Na2CO3、Nb2O5、和Ga2O3按照化学计量比称量混合、球磨干燥，然后将不同组分的粉末通过冷等静压技术压制成片，最后在不同温度烧结即得，最后在不同温度烧结即得，获得工作温度低，电导率高，化学稳定性好的铌酸钠基陶瓷。本发明专利技术解决了现有中低温燃料电池电解质材料中工作温度高以及化学稳定性差的问题。中工作温度高以及化学稳定性差的问题。中工作温度高以及化学稳定性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术属于中低温固体氧化物燃料电池电解质
，具体涉及高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，商用固体氧化物燃料电池电解质主要是YSZ，但是其工作温度较高，一般在800℃以上。开发中低温固体氧化物燃料电池是目前的研究热点。中低温固体氧化物燃料电池电解质主要有LaGaO3基、Na
0.5
Bi
0.5
TiO3基材料。
[0003]现有文献“Lu X.C,Zhu J.H.Effect of Sr and Mg doping on the property and performance of the La1‑
x
Sr
x
Ga1‑
y
Mg
y
O3‑
δ
electrolyte[J].J.Electrochem.Soc,2008,155:B494
‑
B503”中La1‑
x
Sr
x
Ga1‑
y
Mg
y
O3‑
δ
当x＝0.2，y＝0.17时，在800℃，表现出0.17S/cm的离子电导率，但是其工作温度对于中低温固体氧化物燃料电池来说仍然偏高。现有文献“Lu Y,L
ó
pez C.A,Wang J,Alonso J.A,Sun C.Insight into the structure and functional application of Mg
‑
doped Na
0.5
Bi
0.5
TiO3electrolyte for solid oxide fuel cells[J].J.Alloys Compd,2018,752:213
‑
219”中表明Na
0.5
Bi
0.5
TiO3基材料在还原气氛中化学稳定性较差，在800℃纯H2中保温6h会被完全还原并分解为其他相。因此降低固体氧化物燃料电池的工作温度，同时保持材料的化学稳定性并达到较高的离子电导率是当前固体氧化物燃料电池电解质材料需要解决的主要问题。
[0004]铌酸钠(NaNbO3)作为钙钛矿型氧化物的一种，因具有反铁电储能特性成为了目前研究的热点。但对NaNbO3导电机制和电导率的研究较少，现有文献“Gouget G,Mauvy F,Chung U,Fourcade S,Duttine M,Braida M,Demourgues A.Associating and Tuning Sodium and Oxygen Mixed
‑
Ion Conduction in Niobium
‑
Based Perovskites[J].Adv.Funct.Mater.,2020，30(11):1909254”NaNbO3中在350
‑
700℃的内Na
+
(t
Na+
＝88％)和O2‑
(t
O2
‑
＝12％)都参与了导电其中离子电导率主要由Na
+
贡献，以及通过TiO2的掺杂NaNb
0.90
Ti
0.1
O
2.95
在350
‑
700℃内O2‑
的迁移数为1，表明通过受主掺杂来提高NaNbO3陶瓷的离子迁移率从而提高离子电导率，但固体氧化物燃料电池电解质材料在还原性气氛下长期使用的稳定性差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法，解决了现有中低温固体氧化物燃料电池电解质材料中工作温度高、化学稳定性差的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法，通过三氧化二镓掺杂铌酸钠陶瓷，将Na2CO3、Ga2O3和Nb2O5按照化学计量比称量混合、球磨干燥，然后将不同组分的混合粉末通过等静压技术挤压成片，最后在不同温度烧结即得，获得工作温度低，电导率高，化学稳定性好的铌酸钠基陶瓷。
[0007]本专利技术的特点还在于，
[0008]具体按照以下步骤进行实施：
[0009]步骤1，按照化学计量比NaNb1‑
x
Ga
x
O3‑
x
，x＝0.02，0.04，0.06，0.08，称量Na2CO3、Ga2O3和Nb2O5；
[0010]步骤2，在球磨机中用酒精为介质，一次球磨后干燥并煅烧，得到预烧粉体；
[0011]步骤3，将步骤2得到的预烧粉体，以酒精为球磨介质进行二次球磨，二次球磨完成后，将混合均匀的浆料进行干燥，得到Ga2O3的NaNbO3粉体；
[0012]步骤4，将步骤3得到的粉体在冷等静压机中，压力成型成圆片，将成型后的圆片烧结成瓷，将烧结后的陶瓷片进行打磨、抛光，通过银极测试陶瓷的电导率，确定步骤1中最高电导率的组分x，即得。
[0013]步骤2中的一次球磨后干燥并在800℃～900℃煅烧3h。
[0014]步骤2和步骤3中采用行星球磨机，均以250～400r/min的转速球磨12～16h。
[0015]步骤4中冷等静压机用200MPa的压力压5min，成为直径10mm，厚度1mm的圆坯，烧结1125℃～1175℃下保温3h。
[0016]步骤4得到具有最高离子电导率的组分x的取值，在600℃，H2气氛下保温6h，然后喷铂金电极测试陶瓷的离子电导率，确定最高离子电导率的组分x在还原气氛下的化学稳定性。
[0017]步骤4进行银极测试时，银电极烧成在800℃下保温30min。
[0018]步骤1中的Na2CO3、Ga2O3和Nb2O5纯度均不小于99.5％。
[0019]本专利技术的有益效果是：本专利技术以碳酸钠、五氧化二铌、三氧化二镓，按照化学计量比进行三氧化二镓掺杂铌酸钠陶瓷制备，通过选取最优组分进行行还原气氛下的化学稳定性测试。通过三氧化二镓掺杂的铌酸钠基陶瓷在低的工作温度(～500℃)内具有高的电导率和良好的化学稳定性。本专利技术的材料在还原性气氛下，即600℃ H2气氛下保温6h未观察到二次相的析出并且样品仍具有高的离子电导率。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1
‑
4分别所制陶瓷的X射线衍射图谱；
[0021]图2是本专利技术实施例1
‑
4分别所制陶瓷的复阻抗图谱；
[0022]图3(a)是本专利技术实施例1所制陶瓷的Arrhenius图；
[0023]图3(b)是本专利技术实施例2所制陶瓷的Arrhenius图；
[0024]图3(c)是本专利技术实施例3所制陶瓷的Arrhenius图；
[0025]图3(d)是本专利技术实施例4所制陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法，其特征在于，通过三氧化二镓掺杂铌酸钠陶瓷，将Na2CO3、Ga2O3和Nb2O5按照化学计量比称量混合、球磨干燥，然后将不同组分的混合粉末通过等静压技术挤压成片，最后在不同温度烧结即得，获得工作温度低，电导率高，化学稳定性好的铌酸钠基陶瓷。2.根据权利要求1所述的高离子电导率铌酸钠基陶瓷的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行实施：步骤1，按照化学计量比NaNb1‑
x
Ga
x
O3‑
x
，x＝0.02，0.04，0.06，0.08，称量Na2CO3、Ga2O3和Nb2O5；步骤2，在球磨机中用酒精为介质，一次球磨后干燥并煅烧，得到预烧粉体；步骤3，将步骤2得到的预烧粉体，以酒精为球磨介质进行二次球磨，二次球磨完成后，将混合均匀的浆料进行干燥，得到Ga2O3的NaNbO3粉体；步骤4，将步骤3得到的粉体在冷等静压机中，压力成型成圆片，将成型后的圆片烧结成瓷，将烧结后的陶瓷片进行打磨、抛光，通过银极测试陶瓷的电导率，确定步骤1中最高电导率的组分x，即得。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任鹏荣，鹿璐婷，林文超，王欣，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：