固态离子导电材料的合成及性能研究

固态离子导电材料的合成及性能研究
一、概述
固态离子导电材料是目前研究的热点之一，是一类具有固体和
离子导电性质的材料。

它们的导电性源于其内部的离子传输机制，具有极高的离子导电性和较低的电阻率。

因此，对于能量转化、
电化学储能、电解水等方面的应用具有重要意义。

本文将围绕固
态离子导电材料的合成及性能研究展开。

二、固态离子导电材料的分类
固态离子导电材料可以分为有机固态离子导体、无机固态离子
导体、高分子电解质和混合离子导电材料四类。

1.有机固态离子导体
有机固态离子导体是将化合物中的阳离子与阴离子结合，在固
态中形成类似于离子液体的材料，具有较高的离子导电性能。

例如，常用的有机固态离子导体包括离子液体、离子凝胶等。

2.无机固态离子导体
无机固态离子导体是利用氧化物、硫化物等无机材料，通过掺
杂稀土离子或过渡金属等元素，形成具有离子传输机制的材料。

例如，SOFC用的电解质材料就是一种无机固态离子导体。

3.高分子电解质
高分子电解质是将含有三元元素的高分子修饰，形成链端具有离子传输功能的材料。

目前在锂离子电池中广泛应用。

例如，聚合物电解质就是一种高分子电解质。

4.混合离子导电材料
混合离子导电材料是将有机、无机或高分子等多种材料组合，形成具有复合离子传输机制的材料。

例如，高温固态锂离子电池中使用的固态电解质就是一种混合离子导电材料。

三、固态离子导电材料的合成
固态离子导电材料的合成方法较多，涉及化学合成、高温固态反应、溶胶-凝胶法、柠檬酸溶胶法、温控电化学法等多种方法。

下面介绍几种比较常见的合成方法：
1.化学合成法
化学合成法是将化学原料按一定的配方混合，通过化学反应生成固态离子导电材料。

例如，采用固相反应，将SiO2、B2O3、BaCO3、Nb2O5等原料在1200℃下反应12h左右，可以制得
Ba2NaNb5O15，一种离子导电材料。

2.高温固态反应法
高温固态反应法是将材料放在高温下反应形成离子导电材料。

例如，采用固相法，将氧化物和硫酸盐混合在一起，在高温1900℃的条件下，反应形成一种高离子导电性的固体电解质材料。

3.溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是将溶胶溶解在水或其他溶剂中，经过混合和干燥后形成凝胶，再通过热处理使凝胶形成成熟的固态材料。

例如，
采用溶胶-凝胶法，先将硅酸四甲酯（TEOS）和丙烯腈共聚合形
成溶胶，再将其凝胶化，进行煅烧处理最终制得一种具有良好离
子导电性能的固体电解质。

四、固态离子导电材料的性能研究
固态离子导电材料的性能常通过电学性能、热力学性质、微观
结构等多方面进行评价。

下面介绍目前广泛研究的电学性能。

1.离子电导率
离子电导率是固态离子导电材料的重要电学性能之一。

离子电
导率主要随着温度的升高而增加，同时也与材料的晶体结构密切
相关。

例如，采用高温烧结法制备的Ba2NaNb5O15具有较高的离
子电导率，随着温度的升高，其离子电导率也会随之增加。

2.热稳定性
热稳定性是指固态离子导电材料在高温下的电学性能是否稳定。

固态离子导电材料的热稳定性通过热膨胀系数、热失重等多个方
面来评价。

例如，采用化学合成法制备的Sr2ZnMo3O12，其在1000℃下仍具有明显的离子导电性能，具有较好的热稳定性。

3.电极失效
电极失效是指电极与固态离子导电材料的接触面失效现象，导
致材料导电性能下降。

电极失效的主要原因是电极材料本身的电
学性质与固态离子导电材料不匹配。

例如，采用化学合成法制备
的Sr2Fe1.2Mo0.8O6.8，其磷酸盐电极失效现象会导致其导电性能
下降。

综上所述，固态离子导电材料是一类具有前途的材料，具有广
泛的应用前景。

未来的研究应该在材料的合成及性能研究上不断
突破，为能源转换、储能等方面的应用提供更好的材料基础。