La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4，0.5,0.6）阳极材料的结构和导电性能研究

孙翠翠，孟祥伟，吕世权，柴 源

（1.吉林师范大学 凝聚态研究所；2.吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室；3.吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000）

La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4，0.5,0.6）阳极材料的结构和导电性能研究

孙翠翠1,2，孟祥伟1,2，吕世权1,2，柴 源3

（1.吉林师范大学 凝聚态研究所；2.吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室；3.吉林师范大学 信息技术学院，吉林 四平 136000）

本文使用燃烧法制备阳极材料La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4，0.5,0.6）.通过XRD分析得出经过1300℃煅烧30h的LSCF形成了正交钙钛矿相.利用范德堡法对LSCF的导电性能测试，结果显示1400℃烧结30h的LSCF（x=0.4）样品的电导率达到14.728S/cm.

阳极；固体氧化物燃料电池；电化学性能

随着我国经济的快速增长，使得对能源的需求迅速增加，而传统的能源利用方式存在低效和增加环境污染等问题，这使我们面临着能源短缺.因此寻求一种环境友好型的绿色能源迫在眉睫.燃料电池以碳氢化合作为燃料，将燃料气体和氧化剂气体的反应能转化为电能，具有效率高，污染低的特点.是一种环境友好型的绿色能源装置.燃料电池由阳极，阴极和电解质组成.在燃料电池中，阳极是燃料电极，是燃料气体发生氧化反应的场所.阳极的选取对燃料电池的性能有很大的影响.[1-5]

LaCrO3是钙钛矿型(ABO3)复合氧化物，它在室温下是正交结构.当温度升高到240～280℃之间时开始由正交结构向菱形结构转变,在1000℃以下其稳定结构是菱形结构.LaCrO3的熔点是2490℃,具有耐腐蚀的特性，同时在高温下具有良好的化学与物理稳定性.[6]

钙钛矿中A,B位元素的作用不同,在A位的La3+元素能使材料的结构得到稳定，部分的La3+元素被Sr2+元素取代能够使材料的电导性能得到提高.在B位Cr3+元素能够使材料的稳定性得到保证.此外，B位Cr3+元素还可以提高阳极材料本身对含硫燃料的容忍性,Cr3+元素被Fe3+元素部分取代能够使阳极材料的催化性能得到提高，同时减少碳沉积现象.目前，LaCrO3基阳极材料是具有开发前景的新型阳极材料之一.文中使用燃烧法制备并合成了La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4,0.5,0.6）阳极材料，对其电导性能和结构进行初步研究.[6]

1 实验

采用燃烧法制备阳极材料La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4，0.5,0.6），首先按照化学计量比称量La2O3,Sr(NO3)，Cr(NO3)3· 9H2O,Fe(NO3)3·9H2O初始原料，使用甘氨酸作为助燃剂.制作好的超细粉体分别在两个温度点1300℃和1400℃下煅烧30小时，冷却后取出.用玛瑙研钵充分研磨后压片.得到两组La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4,0.5,0.6）阳极材料样品.得到的样品用于xrd测试和电导率测试.其中电导率测试采用范德堡四电极法.先测出样品的直流电阻，然后利用下式计算出电导率[7]:

其中f（R1/R2）为Van der Pauw函数，t为样品厚度.

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

图a，b为不同温度点煅烧的LSCF与LaCrO3的XRD对比图.（a）图显示经过1300℃煅烧30h的LSCF形成了正交的钙钛矿相，且没有杂相出现.说明LSCF可由1300℃煅烧30小时获得.（b）图显示LSCF经1400煅烧30小时后有极少的杂相生成.以上测试结果这说明LSCF最佳成相温度是1300℃.

2.2 电导率分析

本文中采用Van der Pauw四电极法来测量样品的直流电阻进而计算出其电导率，由下式计算样品的电阻率[7]:

其中f（R1/R2）为Van der Pauw函数，t为样品厚度.

图2.1显示的是烧结温度为1300℃的La0.75Sr0.25Cr1-xFex-O3-δ（x=0.4,0.5,0.6）样品的电导率随温度变化的Arrhenius图.测试环境为空气气氛.

图2.1 1300℃烧结30h样品在空气气氛电导率的Arrhenius图

图2.2是烧结温度为1400℃的La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4,0.5,0.6）样品电导率随温度变化的Arrhenius图，测试是在空气气氛下进行的.

图2.2 1400℃烧结30h样品在空气气氛电导率的Arrhenius图

如图所示，测试温范围是300℃～900℃.由图可知，温度越高，样品的电导率越大.此外，烧结温度相同的样品，电导率随Fe掺杂量的增加而有所区别.其中900℃时此阳极材料的电导率最大，此时1300℃烧结30h（x=0.4,0.5,0.6）样品的电导率分别为5.663S/cm,6.053S/cm,6.977S/cm.此时1400℃烧结30h（x=0.4,0.5,0.6）样品的电导率分别为14.728S/cm, 6.994S/cm,7.056S/cm，表现出较好的导电性能.

3 结论

本文制备了中温固体氧化物燃料电池阳极材料La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4,0.5,0.6），并对不同温度下烧结的La0.75Sr0.25Cr1-xFexO3-δ（x=0.4,0.5,0.6）样品的结构进行了初步分析.结果显示经过1300℃煅烧30h的LSCF形成了正交钙钛矿相.对不同温度下烧结的LSCF样品进行了导电性能测试，结果显示1400℃烧结30h的LSCF（x=0.4）样品的电导率达到14.728S/cm.

〔1〕李瑛,王林山.燃料电池[J].冶金工业出版社,2002.1.

〔2〕衣宝廉.燃料电池[M].上海：化学工业出版，2003.

〔3〕吕品.固体氧化物燃料电池的若干材料与技术问题研究[D].吉林大学物理学院，1999.

〔4〕黄喜强.固体氧化物燃料电池符合电极材料的制备基性能研究[R].博士后研究工作报告，2003.

〔5〕马学菊,陈秀华,马文会,戴永年，La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ阳极材料的固相合成及导电性能研究.稀有金属，2008，32（2）.

〔6〕E.Maguire,B.Gharbage,Marque,etal.Cathode materials for intermediate temperature SOFCs[J].Solid State Ionics, Volume:127,Issue:3-4,(2000)329-335.

TM911.42

A

1673-260X（2016）11-0039-02

2016-08-07

2016年安徽高校人文社科重点研究项目（SK2016A0192）