掺杂MoO_3对Ce_(0.8)Nd_(0.2)O_(1.9)固体电解质结构与电性能的影响

采用溶胶凝胶方法将过渡金属氧化物MoO3加入到Ce0.8Nd0.2O1.9体系中,讨论MoO3的掺杂对微观结构及电性能的影响。通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能。结果表明:烧结过程中MoO3在晶粒边缘形成液相,增加了晶粒间浸润性,晶粒间位置重排并接触,晶界滑移加快,促使材料致密化,晶界体积分数降低;总电导率和晶界电导率因晶界电阻减少而提高。600℃时,NDC的σt和σgb分别为6.42×10-3和2.03×10-2S·cm-1,加入MoO3后材料的σt提高约1.5倍,σgb提高约4倍。MoO3是NDC体系理想的烧结助剂。     

Ce0.8Nd0.2O1.9-La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ固体复合电解质的结构和电性能

采用溶胶-凝胶法分别制备La_0.95Sr_0.05Ga_0.9Mg_0.1O_3-δ (LSGM)和Ce_0.8Nd_0.2O_1.9 (NDC)电解质,并在NDC溶胶中加入0-15% (w,质量分数)的LSGM预烧粉体制得NDC-LSGM复合电解质,研究不同质量比复合电解质的结构和电性能. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X能量色散谱仪(EDS)对样品进行结构表征,交流(AC)阻抗谱测试样品导电性能. 结果表明：NDC-LSGM复合体系主要由立方萤石结构相、钙钛矿结构相和杂质相组成;LSGM的添加可促进晶粒的生长,产生大量相界面,清除或降低SiO₂有害影响,明显提高晶界导电性;LSGM质量分数为10%的样品NL10 具有最高晶界电导率和总电导率,400 ℃时NL10 的晶界电导率σ_gb和总电导率σ_t分别为12.15×10^-4和3.49×10^-4 S·cm^-1,与NDC的σ_gb (1.41×10^-4 S·cm^-1)和σ_t (1.20×10^-4 S·cm^-1)相比分别提高了7.62和1.91倍,总电导率的提高主要归因于晶界电导率的影响.     

湿化学法合成钙钛矿结构中温电解质La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ及其性能研究

以尿素-硝酸盐为前驱体合成了具有钙钛矿结构的中温电解质La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-?(LSGM)。用DTA-TG和XRD分析了样品中钙钛矿相的形成过程。用热膨胀仪确定了LSGM的烧结温度及热膨胀系数。用交流阻抗谱研究了所获得LSGM样品的电学性能。研究结果表明：用尿素-硝酸盐合成LSGM的成相温度为1300， 1500 ℃烧结6 h可获得单相的LSGM样品。用尿素-硝酸盐合成LSGM样品的烧成温度为1485 ℃，明显低于固相法合成LSGM的烧成温度。 1500 ℃烧结6 h的LSGM样品在850 ℃时的电导率为5×10-2 S·cm-1，高于同温下钇稳定化氧化锆(YSZ)样品的电导率，表明LSGM更适合做中温SOFC的电解质材料。在30～1000 ℃的温度范围内， LSGM的膨胀系数为12.8×10-6 ℃-1。     

新型电解质材料CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3的制备与电性能

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3.通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能. 结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3电解质粉末,1 400 ℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%. 电性能测试表明,CaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率(σ_(800 ℃)＝2.24×10~(-3)S/cm)、低的电导活化能(0.89 eV).     

MgO或Fe2O3掺杂Ce0.8Nd0.2O1.9固体电解质的结构和电性能

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量为0.05%(w,质量分数)的Ce0.8Nd0.2O1.9(NDC)粉体(NDCSi).分别将0-2.0%(x,摩尔分数)的MgO或FeO1.5添加到NDCSi粉体中,经10MPa压片后于1300°C烧结6h.采用X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对样品进行结构表征.采用交流(AC)阻抗谱测试样品导电性能.结果表明:所有样品均呈现单一立方萤石结构.MgO或Fe2O3掺杂于NDCSi体系,均可提高材料的致密度,降低烧结温度,提高材料的晶界电导率和总电导率.掺杂MgO或Fe2O3样品的相对密度(>93%)高于NDC或NDCSi(约86%),有效促进了样品致密化.掺杂Fe2O3或MgO的样品(NDCSi+0N.D5FCeSOi样1.5或品总ND电C导Si率+2(.10.M1×g1O0)-具3S有·c最m高-1)电的导5.7率和,525.60倍°C.M时g总O电或导Fe率2O分3掺别杂是于6.N3D×C10S-i3样或品2.对9×晶10界-3电S·导c率m-的1,是影响比晶粒电导率更明显.MgO或Fe2O3掺杂于NDCSi均具有烧结助剂和晶界清除剂的双重作用,但清除杂质SiO2的机制不同.     

用于聚合物镍氢电池的新型PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质

采用溶胶凝胶法,结合相转移法和碱液活化法制备了PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质,通过SEM、XRD、交流阻抗法和循环伏安法表征了电解质的结构与电化学性能.研究表明,PVA/5ωSiO2(ω为质量分数)共混膜上的微孔大小合适,聚合物电解质的离子电导率最大可达1.62×10-2 S·cm-1,电化学稳定窗口2V以上;将PVA/SiO2碱性微孔电解质组装成聚合物镁基镍氢电池,与传统镍氢电池相比,循环稳定性大大增加.     

Fe2O3掺杂Ce0.8Nd0.2O1.9固体电解质的结构与导电性能

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量小于50×10-6的Ce0.8Nd0.2O1.9(NDC)陶瓷粉体,并将少量Fe2O3加入到NDC体系中,讨论Fe2O3的掺杂对其微观结构及电性能的影响。通过X射线衍射(XRD)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱(AC)测试电性能。研究表明,Fe2O3的掺杂显著提高NDC陶瓷材料的致密度;相比于NDC而言,加入Fe2O3后材料的晶界电导率提高约12倍,总电导率提高约6倍。     

固体电解质Ce_(0.9)Er_(0.1-x)Pr_xO_(1.95+δ)的微观结构及电性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了固体电解质Ce0.9Er0.1-xPrxO1.95+δ(x=0.02~0.08),利用X射线粉末衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和交流阻抗谱研究了样品的微观结构和电性能.XRD结果表明,800℃煅烧的所有样品均形成了单相立方萤石结构;Raman光谱结果表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ具有氧缺位的立方萤石结构;XPS分析表明,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ存在氧缺位,Pr3+离子和Pr4+离子共存;AFM观测结果表明,1300℃下烧结的样品比1400℃下烧结的样品致密;交流阻抗谱结果表明,Pr掺杂量x=0.05时,Ce0.9Er0.05Pr0.05O1.95+δ的电导率最高(σ600℃=1.34×10-2S/cm,Ea=0.90 e V),比未掺杂Pr的Ce0.9Er0.1O1.95(σ600℃=8.81×10-3S/cm,Ea=0.92 e V)提高了52%,说明在Ce0.9Er0.1O1.95中适量掺杂Pr可提高材料的电导率,降低活化能.     

Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)固体电解质的电子电导性研究

应用溶胶-凝胶法制备了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)固体电解质粉体,通过X射线衍射对所制备的电解质粉体进行了物相分析。研究表明,Sm2O3已经固溶到CeO_2中形成了具有萤石结构CeO_2基固溶体。经成型并在1450℃下烧结2 h获得致密的Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)固体电解质。通过组装含有氧离子阻塞电极电池(-)致密Al2O3,Pt|Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(SDC)固态电解质|Pt,O2(+)测试空气中不同温度下的电子电导。应用扫描电子显微镜观察所制备试样的微观组织形貌,结果表明:制备的电解质组织致密,高温粘合剂、电解质及刚玉坩埚结合紧密,保证了阻塞电极的气密性。采用Hebb-Wagner离子阻塞电极法测定了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)在空气气氛下的电子导电性。结果显示:在测量温度范围内Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)固体电解质的电子电导率在1×10-8~1×10-6m S·cm-1之间,经计算得出活化能的平均值为0.9885 e V。     

用于聚合物镍氢电池的新型PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质（英文）

采用溶胶凝胶法,结合相转移法和碱液活化法制备了PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质,通过SEM、XRD、交流阻抗法和循环伏安法表征了电解质的结构与电化学性能.研究表明,PVA/5ωSiO2(ω为质量分数)共混膜上的微孔大小合适,聚合物电解质的离子电导率最大可达1.62×10-2 S cm-1,电化学稳定窗口2 V以上;将PVA/SiO2碱性微孔电解质组装成聚合物镁基镍氢电池,与传统镍氢电池相比,循环稳定性大大增加.     

MgO和Fe2O3的添加对GDCSi体系微观结构及电化学性能的影响

采用溶胶凝胶法制备Gd_0.2Ce_0.8O_3-δ +0.05%（质量分数）SiO₂（GDCSi）电解质。在GDCSi体系中加入Fe₂O₃及MgO可达到降低烧结温度的同时提高晶界电导率，并减小杂质SiO₂对氧离子在晶界处传输的阻碍的目的。将MgO和Fe₂O₃单掺杂或双掺杂在GDCSi体系中并对GDCSi基电解质的微观形貌及电性能进行研究。结果表明，所有样品主要由立方萤石结构相组成；物质的量分数4%MgO单掺杂的GDCSi-M、物质的量分数4%Fe₂O₃单掺杂的GDCSi-F以及物质的量分数2%MgO-物质的量分数2%Fe₂O₃共掺杂的GDCSi-MF均可促进GDCSi体系晶粒增长，降低晶粒间孔隙率，提高电解质的相对密度，降低晶粒电阻R_gi、晶界电阻R_gb及总电阻R_t；GDCSi-MF具有最高晶界电导率和总电导率，在400 ℃时GDCSi-MF的晶界电导率σ_gb和总电导率σ_t分别是GDCSi的10.41和1.82倍。     

Ga掺杂La9+x/3(GeO4)6-x(GaO4)xO1.5的合成及导电性能研究

利用固相法合成系列Ga掺杂缺陷氧锗氧基磷灰石La9+x/3(GeO4)6-x(GaO4)xO1.5(sx=0,0.5,1,1.5).X射线粉末衍射结果表明:反应物在1350℃烧结24 h即可得到磷灰石结构的纯相产物.700℃时La9.5((GeO4)4.5(GaO4)1.5O1.5的电导率达到3.162×10-3 S·cm-1,是同温度La9(GeO4)6O1.5(1.259×10-3 S·cm-1)电导率的2.5倍.氧分压测试结果表明:材料的电导率在Po2=1～105 Pa保持不变,证明材料在较宽的氧分压范围内为O2-导电.     

(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2-δ(0.00≤x≤0.10)的合成、表征与电性能

采用溶胶-凝胶法合成(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2-δ(x=0.00、0.02、0.05、0.10)氧化物,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能.结果表明:所有样品均为单一萤石立方结构;少量MoO3的加入提高了材料的致密性,降低了材料的总电阻、晶界电阻和晶界电阻在总电阻中所占比例,提高了材料的电导率.1200 ℃烧结样品24 h,测试温度700℃时,(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2-δ(x=O.00)总电导率和晶界电导率分别为0.05和O.19 S·m-1,掺Mo材料(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2(x=0.02)的总电导率和晶界电导率分别为2.42和3.96 S·m-1.     

BaCe0.8Ln0.2O2.9(Ln=Gd, Sm, Eu)固体电解质的低温制备及其燃料电池性质

利用溶胶 凝胶法低温合成了BaCe0 .8Ln0 .2 O2 .9(Ln =Gd ,Sm ,Eu)固体电解质 ,X射线粉末衍射表明 90 0℃即形成正交钙钛矿结构 ,较高温固相反应合成温度降低了约 6 0 0℃ .测定了样品的阻抗谱和电导率 ,研究了其导电机理 ,溶胶 凝胶法合成可减小或消除固体电解质的晶界电阻 ,80 0℃时BaCe0 .8Gd0 .2 O2 .9的σ =7.87× 10 -2S·cm-1,以它为电解质的氢氧燃料电池开路电压接近 1V ,最大输出功率密度为 30mW·cm-2 .     

MgO掺杂Ce_(0.9)Sm_(0.1)O_(2-δ)固体电解质的结构和电性能

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量为5.0×10-4(w)的Ce0.9Sm0.1O2-δ(SDC)粉体(SDCSi),并将0-3.0%(x)MgO分别加入到SDCSi陶瓷粉体中,用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对材料进行表征,用交流阻抗谱(AC)测试材料的电性能.结果表明:MgO掺杂能使SDCSi的烧结温度降低100-200℃,提高陶瓷材料的致密度;清除或降低陶瓷材料晶界处SiO2杂质的有害影响,显著提高晶粒/晶界电导率和总电率;MgO掺杂到SDCSi具有烧结助剂和晶界杂质清除剂的双重作用.     

新型固体电解质Ce6- x Sm x MoO15- δ (0≤x≤1.2)的合成及电性质

采用溶胶-凝胶方法合成系列新型氧化物 Ce6- x Sm x MoO15- δ (0≤x≤1.2). 通过TG-DTA, XRD和XPS等手段对氧化物结构进行了表征. 结果表明, 氧化物的最低成相温度为400 ℃, 具有立方莹石结构. Sm的掺杂可增加氧离子空位浓度, 改善母体电导率. 阻抗谱表明, 采用溶胶-凝胶法合成固体电解质可减少或消除其晶界电阻. 800 ℃时, Ce5.2Sm0.8MoO15- δ的电导率高达6.67×10-3 S/cm.     

NASICON结构的锂离子导电微晶玻璃结构与电导率

通过对LixAlx-1Ge3-x(PO4)3(x=1.1～1.9)锂离子导电玻璃的差示量热扫描(DSC)数据,结合XRD及其Rietveld精修、FESEM和交流阻抗等测试方法,研究了该系微晶玻璃的物相组成、主晶相晶胞参数变化情况、微观结构形貌、锂离子电导率和电化学窗口等。结果表明:LixAlx-1Ge3-x(PO4)3(x=1.1～1.9)锂离子导电微晶玻璃析出导电主晶相为LiGe2(PO4)3。当x=1.5时,由于导电主晶相LiGe2(PO4)3晶粒充分长大、分布均匀,晶界清晰,LAGP导电微晶玻璃的室温电导率最高(可达5.3×10-4 S.cm-1),电化学窗口为7.2V,可以满足全固态锂离子电池对电解质高室温电导率和宽电化学窗口的应用要求。     

锶掺杂对La_(1-x)Sr_xNbO_(4-σ)质子导体性能的影响

利用高温固相反应法制备了Sr掺杂LaNbO4质子导体La1-xSrxNbO4-σ(0≤x≤0.02),并且对其性能进行了表征。XRD分析表明,所有的样品具有单斜结构,晶胞体积随Sr掺杂量的增加而增大;La1-xSrxNbO4-σ样品在沸水中和二氧化碳气氛中具有很好的化学稳定性。SEM分析表明,La1-x Srx NbO4-σ粉体经1 500℃烧结8 h后均得到致密的、晶粒均匀的样品;Sr的掺杂抑制了陶瓷体裂缝的产生和晶粒的过度增长;随Sr的掺杂量增加,晶粒变小。交流阻抗谱分析表明,Sr掺杂改变了LaNbO4的电导率,其中样品La0.995Sr0.005NbO4-σ具有最高的电导率;样品在25℃水汽饱和的5%H2-Ar气氛下的电导率明显高于干燥空气气氛,在800℃时,La0.995Sr0.005NbO4-σ电导率达到0.003 S·cm-1,电导活化能为0.44 eV。     

Al掺杂La10(SiO4)6O3的制备及其导电性能

以溶胶-凝胶法在850℃制备了Al掺杂La10(SiO4)6O3,即La10(SiO4)6-x(AlO4)xO3-0.5x(x=0,0.5,1.0,1.5和2.0),通过TG-DTA、XRD、IR和SEM表征,所得产品为磷灰石相。以电化学阻抗谱研究了其导电性能,发现决定电导率大小的因素有两种,一是间隙氧的数量,二是晶胞的大小,两种因素的综合作用,使得Al掺杂0.5时La10(SiO4)5.5(AlO4)0.5O2.75的电导率最大,在700℃时其电导率达到1.88×10-2S·cm-1。氧分压对电导率的研究表明,其主要的电荷载体是O2-离子。     

PEO基纳米复合聚合物电解质电化学性质的研究

以PEO8 LiClO4作母体,纳米SiO2为填料,制成PEO8 LiClO4 SiO2(x%)系列复合聚合物电解质,测定这该电解质的电导率、锂离子迁移数和电化学稳定窗口,并对其晶态结构作差热分析表征.结果表明,纳米SiO2的引入,显著提高了电解质的电导率,在22℃时达到4.3×10-5S·cm-1.此外,还探讨了填料对复合聚合物电解质电导率提高的影响机理.