镓酸镧,化学式为LaGaO3,主要用作固体电解质,应用在固体氧化物燃料电池(SOFC)、固体氧化物电解池(SOEC)等制造领域,通常用作氧离子导体,随着技术进步,其质子导体特性也被发现。
为提高产品综合性能,镓酸镧通常采用其他元素进行掺杂改性,例如锶镁掺杂镓酸镧(LSGM)、镍掺杂镓酸镧等。以锶镁掺杂镓酸镧基固体电解质为例,其制备方法主要有高温固相法、溶胶-凝胶法、柠檬酸-硝酸盐法、甘氨酸-硝酸盐法等。此外,还可以LSGM为基材再添加元素进行掺杂改性,例如钐(Sm)掺杂LSGM,钴(Co)掺杂LSGM,以及将镓酸镧与其他材料复配,例如钴酸钐-镓酸镧(SSC-LaGaO3)复合材料。
SOFC通常采用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为固体电解质,工作在高温条件下,但燃料电池高温运行,性能退化加快,对各组成材料的品质要求高,因此中温SOFC受关注度不断提升。中温SOFC以质子陶瓷燃料电池(PCFC)为代表,由于工作温度降低,固体电解质的离子电导率会下降,因此固体电解质材料性能要求提升。而镓酸镧基固体电解质在中温条件下仍能够保持良好的离子电导率。
厦门大学研究发现,钴(Co)掺杂LSGM得到的LSGMC固体电解质,钴含量的增加可显著提高氧离子电导率,是一种优良的中低温燃料电池电解质。苏州大学研究发现,锶(Sr)、镁(Mg)掺杂的镓酸镧基陶瓷(LSGM)材料,600-1000℃条件下,在氢气气氛中是质子导体,在潮湿空气中是质子、氧离子混合导体,在干燥氧气气氛中是氧离子导体。
除固体电解质外,镓酸镧还可用作SOFC电极材料,例如以镍-镓酸镧(Ni-LaGaO3)为复合阳极,可避免阳极材料中的金属镍与镓酸镧固体电解质扩散发生界面反应,再以锶掺杂钴酸钐-镓酸镧(SSC-LaGaO3)为复合阴极,以LSGMC为固体电解质,可制造中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)。
新思界
行业分析人士表示,SOFC包括氧离子导体SOFC与质子导体SOFC两大类,而SOEC是反向运行的SOFC,也包括氧离子传导型SOEC与质子传导型SOEC两大类。这些产品均由阴极、阳极、固体电解质三大部分组成。由此来看,镓酸镧在SOFC与SOEC领域发展潜力大。