一种焦磷酸锡与相应磷酸盐组成的复合电解质及其制备方法   0    0

本发明提供了一种焦磷酸锡与相应磷酸盐组成的复合电解质及其制备方法，所述相应磷酸盐由焦磷酸盐与碱金属盐原位部分反应生成。用该复合电解质作为固体燃料电池的电解质，能够应用于中温400℃～800℃固体燃料电池，最大输出功率密度有显著提升。

1.一种焦磷酸锡与相应磷酸盐组成的复合电解质，其特征在于，所述焦磷酸锡为铝掺杂焦磷酸锡，
所述复合电解质由下式表示：
Sn1‑xAlxP2O7/KSn2(PO4)3/NaSn2(PO4)3，其中，0.05≤x≤0.20；
所述相应磷酸盐为焦磷酸盐与碱金属盐原位部分反应生成的磷酸盐；
所述铝掺杂焦磷酸锡采用如下制备或者根据包括以下步骤的方法制备而得：
步骤1‑1，称取锡源、浓磷酸及掺杂原子源充分混合，粉碎，研磨；所述锡源选自SnO2、硝酸锡、醋酸锡中的一种；所述掺杂原子源选自氧化铝、碳酸铝、硝酸铝和磷酸铝中的一种；
步骤1‑2，将步骤1‑1得到的体系在400℃ 600℃下进行烧结，保温反应1h 4h，冷却至室~ ~
温，球磨，过筛，得到铝掺杂的焦磷酸锡；
所述焦磷酸锡与相应磷酸盐组成的复合电解质由以下方法制备得到：
步骤1，称取铝掺杂焦磷酸锡和碱金属盐酸盐，充分混合均匀，球磨，得到混合物；碱金属盐酸盐为氯化钠与氯化钾，所述氯化钠与氯化钾的摩尔量之比为1:1；氯化钠与氯化钾的加入量使得Sn(1‑x)AlxP2O7与NaCl‑KCl的重量比为（3~9）:1；
步骤2，灼烧步骤1得到的混合物，焦磷酸锡与碱金属盐原位部分反应生成相应磷酸盐复合物；
步骤3，将步骤2得到的复合物粉碎、研磨，压片；
步骤4，将步骤3得到的压片灼烧，得到复合电解质。

2.根据权利要求1所述的复合电解质，其特征在于，
所述铝掺杂的焦磷酸锡由下式表示：
Sn0.95Al0.05P2O7、Sn0.90Al0.10P2O7或Sn0.80Al0.20P2O7。

3.一种制备权利要求1或2所述的复合电解质的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，称取铝掺杂焦磷酸锡和盐酸盐，充分混合均匀，球磨，得到混合物；
步骤2，灼烧步骤1得到的混合物，焦磷酸锡与碱金属盐原位部分反应生成相应磷酸盐复合物；
步骤3，将步骤2得到的复合物粉碎、研磨，压片；
步骤4，将步骤3得到的压片灼烧，得到复合电解质。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1中，
铝掺杂焦磷酸锡由下式表示：Sn(1‑x)AlxP2O7，其中，0.05≤x≤0.20，所述盐酸盐为氯化钠‑氯化钾，其中，氯化钠与氯化钾的摩尔量之比为1:1，其中，氯化钠的摩尔量以其中钠元素的摩尔量计，氯化钾的摩尔量以其中钾元素的摩尔量计；
所述铝掺杂焦磷酸锡与盐酸盐的重量比为（3 9）:1。
~

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1中所述铝掺杂焦磷酸锡根据包括以下步骤的方法进行制备：
步骤1‑1，称取锡源、浓磷酸及掺杂原子源充分混合，粉碎；所述锡源选自可溶于硝酸的含锡化合物；
步骤1‑2，将步骤1‑1得到的体系在400℃ 600℃下进行烧结，保温反应1h 4h，冷却，球~ ~
磨，过筛，得到铝掺杂的焦磷酸锡。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1‑1中，所述锡源选自SnO2、硝酸锡、醋酸锡中的一种；所述掺杂原子源选自氧化铝、碳酸铝、硝酸铝和磷酸铝中的一种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1‑2中，将步骤1‑1得到的体系在450℃
550℃烧结；并在此温度下保温反应1.5h 3h。
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8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
步骤2中，将步骤1得到的混合物在电炉中灼烧温度为500℃ 650℃，灼烧时间为0.5h~ ~
3h；
步骤3中，将步骤2得到的复合物粉碎、研磨，在150MPa‑250MPa压强下压片；压片时间为
2 3min，压制成圆片；
~
步骤4中，将步骤3得到的圆片放于垫片上，盖上陶瓷坩埚，放于电炉中灼烧，灼烧温度为500℃ 700℃；灼烧0.5h 2.5h，得到复合电解质，其粒径大小为0.6‑3µm。
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9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
步骤2中，将步骤1得到的混合物在电炉中灼烧温度为550℃ 600℃，灼烧时间为1h~ ~
1.5h；
步骤3中，将步骤2得到的复合物粉碎、研磨，在180MPa 220MPa压强下压片；
~
步骤4中，将步骤3得到的圆片放于垫片上，盖上陶瓷坩埚，放于电炉中灼烧，灼烧温度为550℃ 650℃；灼烧1h 2h。
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10.权利要求1或2所述的复合电解质或根据权利要求3所述的方法制得的复合电解质‑2 .
的用途，用作固体燃料电池电解质，700℃下，开路电压为1.08V，电导率达到6.3×10 Scm‑1 ‑2
，最大输出功率密度达到142mW·cm 。