致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法制造技术

本发明专利技术的致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法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。以熔盐法制备的La9.33Ge6O26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，在温度为900~1100℃，且压力为3.0~5.0GPa条件下，保温保压0.5~2小时,成功制备致密的La9.33Ge6O26电解质片体。本发明专利技术制备的La9.33Ge6O26电解质片体致密度高，无孔隙；无Ge挥发，物相纯度高；制备工艺简单，成本低，适宜工业化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中温固体氧化物燃料电池电解质材料制备的
涉及到致密的La9 33Ge6O26电解质片体的热高压制备方法，是以熔盐法合成的La9 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La9 33Ge6O26电解质片体。
技术介绍
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La9.33Ge6026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°C)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La9.33Ge6026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 lanthanumsilicate apatite by gel-casting route as electrolytes for solid oxide fuelcells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Developingapatites for solid oxide fuel cells:1nsight into structural, transport anddoping properties文章的975-976页扫描电镜图)。因此，制备致密的La9.33Ge6026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。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种利用热高压制备致密的La9.33Ge6026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Laa33Ge6O26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。本专利技术的方法，以熔盐法制备的La9.33Ge6026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La9.33Ge6026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La9.33Ge6026电解质片体。所用原料熔盐法制备的La9.33Ge6026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。本专利技术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。本专利技术利用热高压方法将制备温度降低至1125°C以下，克服了传统固相法高温烧结无法避免的Ge挥发问题，又提高了电解质片体的致密度，成功制备出致密且无孔隙的Laa33Ge6O26电解质片体，并且保证了样品的纯度，这是传统的固相法无法实现的。本专利技术为制备致密的固体氧化物燃料电池电解质片体指明了一个新的方向。本专利技术的技术方案概括如下:一种致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法，以La9 33Ge6O26电解质材料粉体为原料，六面顶压机作为反应设备；首先按顺序组装反应腔体:将原料加压成型，将成型片体放入氮化硼管内、两端用氮化硼片密封、在氮化硼密封体外侧先后套上石墨管和白云石衬管，再整体放入叶腊石腔中，两端用钢帽密封，完成反应腔体组装；其次进行电解质片体的热高压制备:将反应腔体烘干，放入六面顶压机；在温度为90(Tii(Krc，且压力为3.(Γ5.0GPa条件下，保温保压0.5^2小时，得到致密的La9.33Ge6026电解质片体。制得的致密片体，其成分仍然是磷灰石结构La9.33Ge6026，没有杂质相产生，说明成功克服了 Ge的高温挥发问题。在上述的制备方法中，反应温度、反应压力和时间可以根据实验需要适当调节。优选的反应温度、反应压力和时间是:在温度为1100°c，且压力为3.(Γ5.0GPa条件下，保温保压0.5小时，得到致密的La9.33Ge6026电解质片体。进行电解质片体的热高压制备中，首先要将反应腔体烘干，否则，在加压时可能引起反应腔体的爆裂。所述的反应腔体烘干，可以在80°C下，烘干48小时。本专利技术致密的La9 33Ge6O26电解质片体的热高压制备方法具有如下优点:( I)制备温度低，时间短，能量消耗少；(2)得到材料的的致密度高，无孔隙；(3)无Ge挥发，物相纯度高；(4)制备工艺简单，成本低，适宜工业化应用。总之，本专利技术成功制备出理想的致密的La9.33Ge6026电解质片体。首先，在能量损耗小并克服Ge的高温挥发问题的前提下，成功制备出致密的La9.33Ge6026电解质片体。其次，实现了传统固相法无法达到的致密度，并克服了传统固相法无法避免的多孔隙问题；最后，制备工艺简单，成本低，适宜工业化应用。附图说明图1是本专利技术所用的六面顶压机示意图。图2是本专利技术所用的自组装腔体及组成部分示意图。图3是熔盐法合成的La9.33Ge6026电解质材料粉体以及实施例广4制备的致密的La9 33Ge6O26电解质片体的X_ray衍射图。其中，图3a代表La9 33Ge6O26电解质材料粉体，图3b^e分别代表实施例f 4制备的致密 的La9.33Ge6026电解质片体。图4是实施例1制备的致密的La9.33Ge6026电解质片体的扫描电镜图。图5是实施例2制备的致密的La9.33Ge6026电解质片体的扫描电镜图。图6是实施例3制备的致密的La9.33Ge6026电解质片体的扫描电镜图。图7是实施例4制备的致密的La9.33Ge6026电解质片体的扫描电镜图。具体实施例方式实施例1首先，根据实验需要将熔盐法制备的La9.33Ge6026电解质材料粉体在适当的压力下成型；然后，将成型片体按照以下顺序装入反应腔内:先将成型片体放入氮化硼绝缘管内，两面用氮化硼片密封；再在氮化硼密封体外侧先后套上石墨管和白云石管；最后将以上整体放入叶腊石腔中，两端用钢帽密封。其中，组装好的反应腔体必须在适当的温度下烘干一段时间。最后，将整个封闭的自组装反应体放入六面顶大压机，在温度1100°c，且压力为3.0GPa条件下，保温保压0.5小时，得到致密的La9.33Ge6026电解质片体。图3中b给出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法,以La9.33Ge6O26电解质材料粉体为原料，六面顶压机作为反应设备；首先按顺序组装反应腔体：将原料加压成型，将成型片体放入氮化硼管内、两端用氮化硼片密封、在氮化硼密封体外侧先后套上石墨管和白云石衬管，再整体放入叶腊石腔中，两端用钢帽密封，完成反应腔体组装；其次进行电解质片体的热高压制备：将反应腔体烘干，放入六面顶压机；在温度为900~1100℃，且压力为3.0~5.0GPa条件下，保温保压0.5~2小时，得到La9.33Ge6O26电解质片体。

【技术特征摘要】
1.一种致密的锗酸镧电解质片体的热高压制备法，以La9 33Ge6O26电解质材料粉体为原料，六面顶压机作为反应设备；首先按顺序组装反应腔体:将原料加压成型，将成型片体放入氮化硼管内、两端用氮化硼片密封、在氮化硼密封体外侧先后套上石墨管和白云石衬管，再整体放入叶腊石腔中，两端用钢帽密封，完成反应腔体组装；其次进行电解质片体的热高压制备:将反应腔体烘干，放入六面顶压机；在温度为90(Tll0(rC，且压力为3....

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，尹广超，殷红，朱品文，仲林红，孙美玲，丛日东，陶强，崔啟良，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：