一种基于固相法改变烧结温度制备Na0.5Bi0.47Sr0.02TiO3-δ氧离子导体方法

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池的氧离子导体制造技术领域，特别涉及一种基于固相法改变烧结温度制备Na

背景技术

近年来，由于全球环境的日益恶化以及人们环保意识的逐渐提高，开发和使用具有高效可靠的新能源势在必行。固体氧化物燃料电池(SOFC)能够直接将化学能转化为电能，有着较高的能量转换效率，因此固体氧化物燃料电池(SOFC)的技术研发和产业化进程正在加速推进。单个燃料电池由多孔阴极、阳极和电解质组成，电解质材料是燃料电池的核心部分。具有ABO3钙钛矿结构的Na

但目前NBT基氧离子导体的电导率，相变与烧结温度存在着密切的联系。烧结温度的改变会对Na

发明内容

本发明提供了一种基于固相法改变烧结温度制备Na

本发明提供了一种基于固相法改变烧结温度制备Na

步骤1、对所需要原料进行煅烧处理：

将Na

步骤2、研磨煅烧操作：

将干燥冷却后的原料按照实验配比进行称量，将称量好的药品放在研钵中进行研磨混合，并在800℃下煅烧2小时；

步骤3、压片：

将研磨三次后得到的样品放置于粉末压片机中，并在200MPa下压制直径为13mm，厚度在设定范围内的致密粉末实体；

步骤4、烧结：

将致密粉末实体放置于箱式炉中以设定的烧结温度烧结2小时后得到致密的陶瓷片样品；

步骤5、制作电极：

选取表面光滑平整，内部无裂纹的样品在两面对称位置均匀涂抹导电胶制成为对电极，在烤灯下将样品表面导电胶烤至相对干燥，沾取适量导电胶将银丝和单侧电极连接，在微型箱式炉内300℃下烧结30min，另一侧重复操作，并将样品在800℃下烧结30min以去除残留的有机物。

进一步地，步骤3中厚度的设定范围为0.5mm±0.1mm。

进一步地，步骤2中煅烧和步骤4中烧结的升温速率均为10℃/min。

进一步地，所述步骤2中三次研磨具体包括以下步骤：

第一次研磨，将称量完毕的药品放置玛瑙研钵内，加入设定量的乙醇作为溶剂，进行充分研磨后得到第一次粉状样品放在厢式炉800℃下煅烧2小时；

第二次研磨，待粉末样品煅烧冷却后转移至玛瑙研钵中充分研磨得到第二次粉末状样品，此次不再加入乙醇溶液，将研磨第二次的样品放在厢式炉中800℃下煅烧2小时；

第三次研磨，此次研磨不需要加入乙醇，将样品粉末放置研钵中直接研磨。

进一步地，所述步骤4中设定烧结温度范围为1000℃～1100℃。

进一步地，所述步骤4中设定的烧结温度为1000℃时，制备出第一种烧结温度下的Na

进一步地，所述步骤4中设定的烧结温度为1025℃时，制备出第二种烧结温度下的Na

进一步地，所述步骤4中设定的烧结温度为1050℃时，制备出第三种烧结温度下的Na

进一步地，所述步骤4中设定的烧结温度为1075℃时，制备出第四种烧结温度下的Na

进一步地，所述步骤4中设定的烧结温度为1100℃时，制备出第五种烧结温度下的Na

本发明的有益效果为：

本发明采用固相法制备Na

附图说明

图1为本发明中固相法制备Na

图2为本发明中不同烧结温度下制备Na

图3为本发明中不同烧结温度下制备Na

图4为本发明中不同烧结温度下Na

图5为本发明中不同烧结温度下制备Na

图6为本发明中不同烧结温度下Na

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于固相法改变烧结温度制备Na

步骤1、对所需要原料进行煅烧处理：

将Na

步骤2、研磨煅烧操作：

将干燥冷却后的原料按照实验配比进行称量，将称量好的药品放在研钵中进行研磨混合，并在800℃下煅烧2小时(升温速率10℃/min)。

步骤3、压片：

将研磨三次后得到的样品放置于粉末压片机中，并在200MPa下压制直径为13mm，厚度0.5mm左右，即0.5±0.1mm的致密粉末实体。

三次研磨具体包括以下步骤：

1)第一次研磨，将称量完毕的药品放置玛瑙研钵内，加入设定量的乙醇作为溶剂，进行充分研磨后得到第一次粉状样品放在厢式炉800℃下煅烧2小时；

2)第二次研磨，待粉末样品煅烧冷却后转移至玛瑙研钵中充分研磨得到第二次粉末状样品，此次不再加入乙醇溶液，将研磨第二次的样品放在厢式炉中800℃下煅烧2小时；

3)第三次研磨，此次研磨不需要加入乙醇，将样品粉末放置研钵中直接研磨。

步骤4、烧结：

将致密粉末实体放置于箱式炉中以设定的烧结温度(1000℃)烧结2小时后得到致密的陶瓷片样品(升温速率10℃/min)。

步骤5、制作电极：

选取表面光滑平整，内部无裂纹的样品在两面对称位置均匀涂抹导电胶制成为对电极，在烤灯下将样品表面导电胶烤至相对干燥，沾取适量导电胶将银丝和单侧电极连接，在微型箱式炉内300℃下烧结30min，另一侧重复操作，并将样品在800℃下烧结30min以去除残留的有机物。

实施例2

在实施例1五个操作步骤的流程都不改变，除步骤4这一操作过程中改变烧结温度，其余制备条件不变；所述的步骤4中的氧离子导体的烧结温度选取1025℃烧结2小时后得到陶瓷片样品(升温速率10℃/min)。将在1025℃烧结得到的样品选取均匀的部分在两面均匀涂抹导电胶从而形成对电极，然后在电极两侧通过沾取适量的导电胶将银丝和两侧电极链接，最后在厢式炉中分别在300℃，30min和800℃，30min的条件下进行两次烧结便可以得到氧离子导体。

实施例3

在实施例1五个操作步骤的流程都不改变，除步骤4这一操作过程中改变烧结温度，其余制备条件不变；所述的步骤4中的氧离子导体的烧结温度选取1050℃烧结2小时后得到陶瓷片样品(升温速率10℃/min)。将1050℃烧结得到的样品选取均匀的部分在两面均匀涂抹导电胶从而形成对电极，然后在电极两侧通过沾取适量的导电胶将银丝和两侧电极链接，最后在厢式炉中分别在300℃，30min和800℃，30min的条件下进行两次烧结便可以得到氧离子导体。

实施例4

在实施例1五个操作步骤的流程都不改变，除步骤4这一操作过程中改变烧结温度，其余制备条件不变；所述的步骤4中的氧离子导体的烧结温度选取1075℃烧结2小时后得到陶瓷片样品(升温速率10℃/min)。将1075℃烧结得到的样品选取均匀的部分在两面均匀涂抹导电胶从而形成对电极，然后在电极两侧通过沾取适量的导电胶将银丝和两侧电极链接，最后在厢式炉中分别在300℃，30min和800℃，30min的条件下进行两次烧结便可以得到氧离子导体。

实施例5

在实施例1五个操作步骤的流程都不改变，除步骤4这一操作过程中改变烧结温度，其余制备条件不变；所述的步骤4中的氧离子导体的烧结温度选取1100℃烧结2小时后得到陶瓷片样品(升温速率10℃/min)。将1100℃烧结得到的样品选取均匀的部分在两面均匀涂抹导电胶从而形成对电极，然后在电极两侧通过沾取适量的导电胶将银丝和两侧电极链接，最后在厢式炉中分别在300℃，30min和800℃，30min的条件下进行两次烧结便可以得到氧离子导体。

在以上实施例1-5中，制备出五种烧结温度下的Na

针对上述实施例1-5(实施例1烧结温度1000℃、实施例2烧结温度1025℃、实施例3烧结温度1050℃、实施例4烧结温度1075℃、实施例5烧结温度1100℃)的具体操作流程如图1所示，并分别进行了XRD和SEM、EIS测试分析，分析对比如下：

如图2(a)为不同烧结温度下Na

如图3为不同温度下烧结Na

如图4为不同烧结温度下Na

如图5为不同烧结温度下Na

下表所示为不同烧结温度下Na

表中的数据表明不同烧结温度下Na

此外，从图5可发现随烧结温度的改变，样品的相转变温度升高(350℃→400℃)，350℃相变的拐点温度与已有文献中变化相符合，并在DFT计算中表明高温和低温区活化能的转变与相变引起的迁移势垒/缺陷缔合的变化有关，高温相的活化能低有利于导电，低温相的活化能高不利于导电，推测造成相变温度变化的原因是由于局部A位无序的加剧所导致的，因此降低烧结温度有利于晶粒导电。

图6为不同烧结温度下Na

从(a)图中可以发现样品随着烧结温度的增加σ

从表观晶界电导率图(b)中可以发现

综合考虑影响晶界传导能力的两个原因：(1)空间电荷势和(2)晶界杂质覆盖率，根据关系式

综合分析图6中的σ

通过结合图表中的数据可以得出在上述的五个实施案例中，当烧结温度为1000℃时晶粒电导率最大，随着烧结温度的增加晶粒电导率呈现出下降的趋势；对于晶界电导率而言，1075℃烧结的样品具有最大的电导率，但是在500℃以下以1025℃最优；总电导率时晶粒加晶界的总和，因此总电导率也是在1075℃时电导率最大。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。