为改善LaGaO₃基氧化物的氧离子电导率，数个研究组开始研究不同阳离子掺杂剂对其氧离子电导率的影响^［19］。因为容易产生部分电子导电，所以对固体电解质而言，对其掺杂Co、Ni或Fe等过渡金属氧离子效果不是特别好。然而有报道称，如果掺杂量少于10mol％，掺杂Co显著提高了其氧离子电导率，而未降低氧离子传递数量^［20］。本节将简要总结掺杂过渡金属对其氧离子电导率的影响。如图4.8所示，LSGM的阿累尼乌斯曲线在1000K左右稍有弯曲，这表明其传导机制有所变化。通过中子衍射对晶体结构进行详细分析的结果表明，其晶相由三斜(triclinic)改变为赝立方(pseudo-cubiclattice)。这种晶相的变化与Mg²⁺和Ga³⁺离子半径失配有关。掺杂与Mg²⁺离子半径相似的三价阳离子将有效稳定其在高温下的立方晶相。从离子半径这个角度来看，配位数为6的三价阳离子中，三价Fe、Co和Ni可能成为备选离子。

图4.9 LaGaO₃基氧化物中Ga位掺杂不同过渡金属阳离子后其电子电导率的阿累尼乌斯图

Baker等人研究了掺杂过渡金属(如Cr和Fe)对LaGaO₃基氧化物氧离子电导率的影响^［21］。据报道，在Ga位掺杂Cr或Fe可诱导LaGaO₃基氧化物产生空位导电，从而降低了在还原氛围下的稳定性。图4.9给出了LaGaO₃基氧化物中Ga位掺杂某些过渡金属阳离子后电子电导率的阿累尼乌斯曲线^［20］。从图4.9中可以看出，掺杂Co和Fe将改善其电导率，而掺杂Cu和Mn将会降低其电导率。对于掺杂Ni而言，温度超过1073K时，掺杂后LaGaO₃基氧化物的电导率将降低，而温度低于973K时，其电导率随着温度的升高而增加。温度升高后电导率降低的原因可能源于Ni发生了热还原而导致出现较为显著地电子导电现象。从电子电导率受P_O2来看，掺杂Mn和Ni将明显提高n型导电，而掺杂Cu将增加p型导电。Kharton等人也研究了过渡金属掺杂剂对LaGa_0.8Mg_0.2O₃氧离子电导率的影响^［22］。尽管过渡金属掺杂量很大(比如在Ga位掺杂量可达40mol％)，但是该研究组同时报道掺杂Mn和Cr将降低其氧离子电导率。然而，Thangaduari等人报道La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mn_0.2O₃^[2]的氧离子电导率堪比La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O₃^［23］。另外，掺杂Mn的样品离子导电活化能远低于掺杂Mg的样品。然而，活化能低有可能表明在此氧化物中电子导电占主导地位。相比而言，Fe或Co掺杂材料的总电导率取决于氧分压，这表明通过掺杂Co或Fe可提高其氧离子电导率^［24］。因此，Co掺杂LaGaO₃基氧化物中氧离子导电将是非常重要的。另一方面，有报道称Fe掺杂量很高的La(Sr)GaO₃展现出混合型导电，也就是说，既有空穴导电也有氧离子导电。该材料在用作氧分离膜时展现出较大的透氧量。

图4.10示出了1273K、氧分压为10^-5时掺Co的LSGM的电子电导率以及1273K时氧离子迁移数与掺Co量之间的函数关系^［20］。掺Co量越大，电子电导率越大，而氧离子迁移数越小。通过迁移数及总电导率估算的氧离子电导率的数值示于图4.11。随着掺Co量的增加，电子电导率逐渐变高，并且在掺杂量为10mol％时达到最大值。电子导电的表观活化能随着Co浓度的增加而单调递减，在掺Co量为10mol％时其数值为0.45eV，这个数值几乎是YSZ相应数值的一半。尽管X=1时能获得最高氧离子电导率，但是氧离子迁移数却小于0.9。由于氧离子迁移数的减少会导致SOFC能量转化效率的降低，所以通常认为适于用作SOFC电解质的最佳组成为La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.115Co_0.085O₃(LSGMC-8.5)或者掺Co量再略低些。

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图4.10 1273K、P_O2=10^-5atm时掺钴LSGM的电子电导率以及1273K时氧离子迁移数与掺钴量之间的函数关系

图4.8示出了Co掺杂LaGaO₃基氧化物氧离子电导率与温度之间的关系。从中可以看出，Co掺杂LaGaO₃基氧化物的电导率高于LSGM和Gd掺杂CeO₂。另一个有趣的问题是在1000K时其图形倾斜变化消失，表明高温立方晶相稳定。该掺钴LSGM的电导率接近于Bi₂O₃基氧化物的电导率。在某一特定范围的氧分压范围内，其表现出单纯的氧离子导电。因此，掺钴LaGaO₃(尤其是掺钴量8.5mol％的LSGM)是中温条件下运行的SOFC电解质的优秀备选材料。

图4.11 通过LSGM迁移数及总电导率估算的氧离子电导率