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专利号: 2017108914334
申请人: 阜阳师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-04-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种焦磷酸钛与相应磷酸盐组成的复合电解质,其特征在于,所述焦磷酸钛为镁掺杂焦磷酸钛。

2.根据权利要求1所述的复合电解质,其特征在于,所述镁掺杂焦磷酸钛由下式表示:Ti(1-x)MgxP2O7,

其中,0.01≤x≤0.30,优选为0.02≤x≤0.25;

所述相应磷酸盐为焦磷酸盐与碱金属盐原位部分生成的磷酸盐。

3.根据权利要求1或2所述的复合电解质,其特征在于,所述镁掺杂的焦磷酸钛由下式表示:

Ti0.95Mg0.05P2O7、Ti0.90Mg0.10P2O7和Ti0.80Mg0.20P2O7;

所述碱金属为锂、钠、钾,优选钠或钾,所述碱金属以碱金属盐酸盐形式加入,优选采用氯化钠和/或氯化钾,更优选,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;

优选地,氯化钠与氯化钾的加入量使得Ti(1-x)MgxP2O7与NaCl-KCl的重量比为(3~9):1;

所述复合电解质由下式表示:

Ti1-xMgxP2O7/(Na/K)Ti2(PO4)3,其中,0.01≤x≤0.30,优选0.02≤x≤0.25;

更优选地,所述镁掺杂焦磷酸钛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,称取钛源、浓磷酸及掺杂原子源充分混合,粉碎,研磨;

步骤1-2,将步骤1-1得到的体系进行烧结,冷却(优选冷却至室温),球磨,过筛,得到镁掺杂的焦磷酸钛。

4.一种制备权利要求1~3之一所述复合电解质的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1,称取镁掺杂焦磷酸钛和盐酸盐,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,焦磷酸钛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。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤1中,镁掺杂焦磷酸钛由下式表示:Ti(1-x)MgxP2O7,其中,0.01≤x≤0.30,优选为0.02≤x≤

0.25,更进一步地优选所述镁掺杂的焦磷酸钛由下式表示:Ti0.95Mg0.05P2O7、Ti0.90Mg0.10P2O7和Ti0.80Mg0.20P2O7;和/或所述盐酸盐优选为碱金属盐酸盐,更优选为氯化钠-氯化钾,进一步优选地,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;和/或所述镁掺杂焦磷酸钛与盐酸盐的重量比为(3~9):1,优选为(3~5):1,如4:1。

6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,步骤1中所述镁掺杂焦磷酸钛根据包括以下步骤的方法进行制备:步骤1-1,称取钛源、浓磷酸及掺杂原子源充分混合,粉碎;

步骤1-2,将步骤1-1得到的体系进行烧结,冷却,球磨,过筛,得到镁掺杂的焦磷酸钛。

7.根据权利要求4~6之一所述的方法,其特征在于,步骤1-1中,所述钛源选自可溶于硝酸的含钛化合物,如TiO2、硝酸钛、醋酸钛等,优选为TiO2。

8.根据权利要求4~7之一所述的方法,其特征在于,步骤1-2中,将步骤1-1得到体系的400℃~600℃烧结,优选450℃~550℃,如500℃;

并在此温度下保温反应1h~4h,优选为1.5h~3h,如2h。

9.根据权利要求4~8之一所述的方法,其特征在于,步骤2中,

将步骤1得到的混合物在在电炉中灼烧温度为500℃~650℃,优选为550℃~600℃,如

550℃,灼烧时间为0.5h~3h,优选为1h~1.5h;

步骤3中,将步骤2得到的复合物粉碎、研磨,在150MPa~250MPa压强下,优选180Mpa~

220Mpa,如200MPa,压片;压片时间为2min~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℃,优选550℃~650℃,如600℃;灼烧0.5h~2.5h,优选1h~2h,如1h,得到复合电解质。

10.权利要求1~3之一所述的复合电解质或根据权利要求4~9之一所述方法制得的复合电解质的用途,优选用作固体燃料电池电解质,开路电压为1.09V,在700℃下,电导率为-2 -1 -2

6.8×10 S·cm ,最大输出功率密度为142.3mW·cm 。