专利名称：：具有高混合电导率的ABO<sub>3</sub>型钙钛矿复合氧化物的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一个具有高混合电导率的AB03型钙钛矿复合氧化物体系，具体涉及Sm。.5Sr。.5Co03—《(SSC)基础上在A位的双稀土元素掺杂，属于材料领域。
背景技术：
：LnM03(Ln:稀土元素，M:Fe，Co，Ni)型钙钛矿复合氧化物是一种离子-电子混合导体材料(MIEC)，这种材料一般具有电子(离子)导电性高和催化性能好等特点，在固体氧化物燃料电池、氧分离膜、传感器、膜催化与膜反应器等诸多领域都有着广泛的应用前景。以其在固体氧化物燃料电池(SOFC)方面的应用为例，众所周知，传统的固体氧化物燃料电池的工作温度常在8001000'C范围，由此带来界面间的反应、材料的密封、材料间的匹配、电池启动时间长等诸多问题，而导致SOFC的制作成本过高，在很大程度上限制了固体氧化物燃料电池的商业化进程。目前，工作温度在500800'C的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)已逐渐成为SOFC的研究热点。然而，中低温固体氧化物燃料电池发展的主要挑战是缺乏在该操作温度下具有低过电位，高电导率，以及与其它电池组件热性质相匹配的阴极材料。与高温SOFC相匹配的La卜5nMn03阴极材料在高温度下具有良好的电子导电能力和氧还原催化活性，但温度降低至80(TC以下时，其阴极极化电阻急剧上升，不再适合用作中温SOFC的阴极材料。阴极材料作为IT-SOFC的重要材料之一，它的结构、性能及反应机制将影响氧离子的输运及电池系统的性能。钴基ABO:,型钙钛矿氧化物由于在中低温下具有良好的混合(氧离子-电子)导电特性，被认为是理想的中温固体氧化物燃料电池阴极材料之一，并得到了广泛的研究。Sm.5Sr。.5CoO:i—s(SSC)是一种在中低温下具有较高电导率的材料，并被用作中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。由于稀土元素在结构和理化性质上的相似性和连续性，分离过程复杂，单一稀土复合氧化物的制备成本比使用混合稀土的要高。因此，仅就LnM(l型钙钛矿复合氧化物在中低温固体氧化物燃料电池方面的应用而言，研究一种在中低温下具有高的导电性(电导率作为SOFC对阴极材料要求的重要指标之一，其数值大小对电池的输出电流和输出功率有着重要的影响)，且在成本上有优势的材料是必要的。
发明内容本发明的目的是提供一种成本低、导电性好的具有高混合电导率的ABO,钙钛矿结构的复合氧化物。本发明的技术解决方案本发明采用的化学组成式为Sm。.^GcLSr,,5C0(V,y，其中0<x<0.5。本发明将一定量的Gcf+掺杂到Sm.5Sr。.5Co(V《的A位取代部分Sm3+，形成化学组成式为Sm0.5—xGdxSr。.5Co03-s(0<x<0.5)的复合氧化物。优选组成式为Sm。:,Gd。.2Sr。.5Co0h的材料在500°C时的电导率为1820.8S.cm—1，80(TC时的电导率是1543.3S.cm—1,与Sm0.5Sr.5Co03—。在相应温度下的电导率基本一致。所以本发明具有以下有益效果1、本发明的阴极材料具有高的电导率。2、应用混合稀土可降低材料的制备成本。3、本发明的钙钛矿复合氧化物材料在固体氧化物燃料电池、氧分离膜、传感器等领域有一定应用前景。图1是采用溶胶-凝胶法合成的粉体经1200'C焙烧后的X射线衍射曲线图。图2是Sm。.:,Gd。.2Sr。.5Co03-《在500800。C范围内电导率的变化曲线。图3是Smo.5-,GclSr。.5Co03-《系列材料在50080(TC范围内电导率的变化曲线。图4是Sm。丄GciSr。.5Co03i系列材料的电导率随成分的变化曲线。具体实施例方式本发明的材料可以用固相反应法、甘氨酸-硝酸盐法和溶胶-凝胶法合成。下面以溶胶-凝胶法合成为例介绍本发明材料的合成方法。化学组成式为Sm。.5iGcLSr。.5CoO:,—《体系氧化物，其中0<x<0.5。本发明实施例共有4例。以合成0.05mol的31。.5^}(^^5(:003-,为例，所需配料见表1。合成过程如下1、按化学计量比称取一定量的Sm203(化学纯)、GdA(化学纯)加入适量蒸馏水，并加入过量的HNO:,使SmA、GdA完全溶解，然后加入5.317gSr(N03)"14.625gCo(N03)26H20，控制混合溶液的PH值在12之间。2、按金属离子总数聚乙二醇=(U090):1的摩尔比称取聚乙二醇并溶于水配成2%的溶液后倒入混合溶液。3、用2mol/l氨水调整溶液pH值至45之间。溶液在8(TC水浴中并搅拌蒸发溶液中的水分，直至形成凝胶。4、将凝胶在空气中加热到15(T300'C使其自燃得到蓬松的黑色粉末。将得到的粉末研细放入球磨机中球磨2h后放入马弗炉中50(T90(TC预'烧25小时，以去除其屮的有机成分，得到初级Sm。.5—,Gd5r。.;Co(Vfi粉体。5、最后将初级粉体置于1000120(TC焙烧310h，即得到具有高电导率的钙钛矿型复合氧化物Sm。.5—xGd,Sr。.5CoO:,—6粉体。对其进行XRD粉末衍射法测定，结果均形成了单一的正交钙钛矿结构，如图1所示。电导率测试结果显示混合稀土掺杂的复合钙钛矿氧化物具有较高的电导率，50(TC时Sm.3Gd。.2Sr。..;Co03-s的电导率达到最大值1820.78S.cm'，该体系最小的电导率也在727.92S.cm—'。相应实施例的电导率如图2、3禾口4。表1各实施例配料表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求1、具有高混合电导率的ABO3型钙钛矿复合氧化物，其特征在于化学组成式为Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ体系氧化物，其中0＜x＜0.5。2、根据权利要求1所述的具有高混合电导率的AB03型钙钛矿复合氧化物，其特征在于化学组成式为Sm.3Gd。.2Sr。.5Co03-5。全文摘要本发明涉及一个具有高混合电导率的ABO<sub>3</sub>型钙钛矿复合氧化物体系，具体涉及Sm<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>(SSC)基础上在A位的双稀土元素掺杂，属于材料领域。其化学组成式为Sm<sub>0.5-x</sub>Gd<sub>x</sub>CoO<sub>3-δ</sub>(0＜x＜0.5)。本发明的钙钛矿复合氧化物在500～800℃范围内具有较高的混合电导率，500℃时组成为Sm<sub>0.3</sub>Gd<sub>0.2</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>的电导率达到1820.8S.cm<sup>-1</sup>，与A位没有掺杂Sm<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3-δ</sub>基本相同。该钙钛矿复合氧化物在中低温固体氧化物燃料电池、氧分离膜、传感器等领域有一定的应用前景。文档编号C04B35/32GK101407413SQ20081017417公开日2009年4月15日申请日期2008年11月5日优先权日2008年11月5日发明者仲崇英,芬周,安胜利,宋希文,郭晓燕申请人:内蒙古科技大学