铝掺杂磷灰石型硅酸镧电解质的电导机理

摘要

采用燃烧法在600℃下5~7 min内成功制备了铝掺杂的La_(9.33)Si_(6-x)Al_(x)O_(26-0.5x)(x=0.5,1.0,1.5,2.0)(LSAO)固体电解质粉体,在800℃预烧12 h后,经压制成型、烧结制得LSAO陶瓷体。X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜证实燃烧法制备的LSAO纯度高,具有典型的P6_(3)/m磷灰石型结构;掺杂的Al^(3+)替换了Si^(4+)进入了[SiO_(4)]四面体结构中形成[Si(Al)O_(4)],并产生了氧空位;在1500℃烧结3 h得到烧结性能最佳的LSAO陶瓷体。电化学阻抗谱显示当掺量x0.5时,La_(9.33)Si_(6)O_(26)(LSO)的电导率随掺量的增加而降低,这归因于Al^(3+)掺杂形成氧空位,减小了氧离子传输过程中的空间阻力,电导率增大;然而,当Al^(3+)掺量过多,LSAO结构中间隙氧浓度大量减少,电导率降低。当掺量x=0.5时,电导率在800℃达到最大值为1.26×10^(-2) S/cm。该电导增强机理为氧空位缺陷增强电导机理。