复合电解质Ti0.9Fe0.1P2O7/NaPO3/NaTi2(PO4)3的合成及其中温电性能研究

张 利， 王洪涛

(1.阜阳幼儿师范高等专科学校 小学教育学院, 安徽 阜阳 236015； 2.阜阳师范大学 化学与材料工程学院, 安徽 阜阳 236037)

中温燃料电池因其材料选择的灵活性而备受关注，因而，人们致力于设计和合成在中温范围内具有足够离子电导率的新型电解质材料[1-7]。因为AP2O7(A=Sn，Ti，Ce等)在中温下具有较高的质子导电性，所以迄今为止的许多研究都集中在AP2O7上[8-10]。如Lapina等系统地研究了氧化钇掺杂焦磷酸钛的导电性与温度、pH2O及pO2的关系[11]。Nalini等用放电等离子法(SPS)在1 150 ℃、30 MPa下烧结5 min合成了(Sc3+、Fe3+)掺杂的TiP2O7[12]。Nalini等还研究了未掺杂TiP2O7和以2 mol%的Al3+取代Ti4+的TiP2O7的中温电性能[13]。然而，文献[12,13]中实验样品的电导率比文献[11]样品的电导率低了几个数量级。这可能是由于文献[12,13]中实验样品的制备温度很高，样品中的部分P2O74-离子在制备过程中因蒸发而丢失，从而导致电导率降低。如何避免样品中P2O74-离子的缺失，成为焦磷酸盐类电解质研究的关键和热点。

一些研究小组探索了TiP2O7基复合电解质的性能，并将该电解质用于中温燃料电池[14-15]的设计。复合电解质主要有TiP2O7-TiO2、TiP2O7-磷酸盐、TiP2O7-偏磷酸盐无机-无机复合电解质。如Sato等[4]通过造孔剂形成一种多孔的TiO2基底，然后再与H3PO4反应，在1 100 ℃下加热形成TiP2O7-TiO2复合陶瓷。XRD分析结果表明其形成了TiP2O7-TiO2复合相。TiP2O7-TiO2复合电解质在中温下显示出高于10-2S·cm-1的质子电导率。Shi等采用固相合成法，在磷酸环境下用纳米级的TiO2、MgO、NaCl和KCl参与反应制备了5 mol%Mg2+掺杂的TiP2O7/(Na/K)Ti2(PO4)3复合电解质[15]。目前，还没有见到关于Fe3+掺杂的TiP2O7/磷酸盐/偏磷酸盐无机-无机复合电解质离子导电性的报道。……