快离子导体与固体化学

固态离子学是一门新兴的学科。它的产生,是由于发现了一类具有高电导率的离子导电的固体(称为快离子导体、超离子导体或固体电解质)。这类导体和电子导体不同,在传递电荷的同时还伴随有物质迁移。这种特性赋予它们多方面应用的可能性。例如,作为各种燃料电     

一种新型快离子导体——锂、钠蒙脱石

Shelfield和Howe测定了氢蒙脱石的离子电导率,并认为它有可能作为一种固体电解质应用于电化学装置,但有关其活化能、电子电导以及快离子导体的结构特征未见报道, 快离子导体(或称超离子导体)是一种特殊的固体电解质,其离子电导率和导电激活能可与液体电解质相仿。蒙脱石是层状结构的硅酸盐,单位晶胞的化学式为M_(0:88)Si_8(Al_(3:34)Mg_(0∶66))O_(20)(OH)_4·nH_2O(M表示一价阳离子,若为二价阳离子,则脚标为     

Ba_xCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)固体电解质的氧离子导电性

固体电解质是指固体状态下具有较高电导率的离子导体,根据其传导离子所带电荷分为阳离子导体(如:Na+,Li+,H+等)和阴离子导体(如:F-,Cl-,O2-等)。固体电解质与液体电解质不同之处为:(1)是固态;(2)电荷载流子通常只有一种;(3)由于晶格能较大,通常在较高温度下离子才能迁移。具有实用价值的固体电解质的电导率一般在10-3S·cm-1以上,同时要求其离子迁移数要足够大。至今,已发现和合成了上百种固体电解质材料。在加速研制绿色化学电源、寻找高离子电导率、高化学稳定性、低成本的固体氧化物燃料电池(SOFC)固体电解质的研究中,ABO3钙钛矿型…     

新锂离子导体

在快离子导体中,锂离子导体是引入瞩目的一种,因为锂的重量轻,电极电势较负,用它作固体电解质,能够做成高能量密度的电池。但直到现在还没有找到比较满意的锂离子导体,因而仍是人们探索的对象。我国的科学工作者在利用结晶化学规律探索新锂离子导体方面取得了较好的进展。例如:Na_3Zr_2Si_2,PO_(22)(Nasicon)是很好的钠离子导体,是用Si取代     

快离子导体的机械化学合成

快离子导体是二次高能电池及其他全固体电化学器件研制与开发的重要材料，常规方法由于存在原材料选择受限以及原料对容器侵蚀等技术问题，致使一些高性能快离子导体的制备受到很大限制。为此，人们将目标转移到不需加热、在室温条件下即可实现这一材料制备的机械化学合成法。本文总结了近年来利用这种方法在制备快离子导体方面取得的一些最新研究成果。     

电化学基础研究的进展电化学高级研讨班讲座

电化学基础研究的进展电化学高级研讨班讲座田昭武,苏文煅（固体表面物理化学国家重点实验室,厦门大学化学系,厦门,３６１００５）电化学是研究电子导体（或半导体材料）／离子导体（通常为电解质溶液）和离子导体／离子导体的界面结构、界面现象及其变化过程与机理的...     

BaCe0.8Y0.2O3-α固体电解质的离子导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应合成了BaCe08Y02O3-α固体电解质,用氢浓差电池和氧浓差电池方法研究了它的离子导电特性.以该氧化物为固体电解质,多孔性Pt为电极材料,组成氢-空气燃料电池,测定了该燃料电池的电流-电压特性.研究发现,BaCe0.8Y0.2O3-α在氢气中几乎是一个纯的质子导体,在氧气中是一个氧离子和电子空穴的混合导体,其燃料电池的开路电压(OCV)接近于理论值,最大输出电流密度约为820mA@cm-2(1000℃),最大输出功率密度约为200mW@cm-2(1000℃),放电性能稳定,具有良好的电池性能.     

Li_2WO_4-MgWO_4赝二元系的研究

目前固体快离子导体材料的研究十分活跃,作为离子导体主要载流子是Li~(+1)、Na~(+1)、Cu~(+1)和Ag~(+1)等离子。Li_2WO_4中的Li~(+1)离子电导率不高,我们希望通过加入二价Mg~(+2)离子后,在Li_2WO_4中形成部分替代式固溶体。在电价平衡上,一个Mg~(+2)离子将替换两个Li~(+1)离子,而一个Mg~(+2)离子只占据两个Li~(+1)离子中的一个位置,另一个Li~(+1)离子的位置将形成空位。这样,固体中空位增多,Li~(+1)离子将可能易于运动,从而增加离子电导率。此外,在Li_2WO_4中加入MgWO_4后,是否会形成新的化合物,也是本工作目的之一。     

新型氧离子导体La_2Mo_2O_9

La2Mo2O9是一种具有高离子导电性的新型氧离子导体,其氧离子电导率在1073K时高达0.06S/cm,与YSZ在1273K时的电导率相当。这种高的离子导电性使它在中温固体氧化物燃料电池、氧传感器、透氧膜、固态离子器件等领域有着重要的潜在应用前景。本文从La2Mo2O9的结构、性质、氧离子扩散机理及其掺杂改性4个方面综述了近年来La2Mo2O9基固体电解质的研究热点和新进展,为该固体电解质材料的研究提供了有价值的信息。     

水热合成超细晶粒A-/MxOy固体超强酸

 A-/MxOy是一种新的固体超强酸催化材料,由单价酸根负载于金属氧化物上组成,它不同于传统的固体超强酸SO2-4/ZrO2. 在水热合成的条件下金属盐和碱沉淀剂发生均匀的水解沉淀反应,生成A-/MxOy固体超强酸,这种合成方法被称作“均匀沉淀法”. 采用“均匀沉淀法”可以一步直接合成具有小于10 nm超细晶粒的A-/MxOy固体超强酸催化材料. 对“均匀沉淀法”合成A-/MxOy固体超强酸的影响因素和规律性进行了详细的考察.     

BaCe0.9Y0.1O3-α固体电解质的离子导电性

用交流复阴抗谱法测定了混合离子(质子+氧离子)导电性固体电解质BaCe0.9Y0.1O3-α在600～1000℃下不同气氛(干燥空气、湿润空气及湿润氢气)中的电导率;通过测定总电导率(离子电导率+电子电导率)随气氛中氧分压po2变化,求得离子电导率和离子迁移数;用氢浓差电池方法测得氢气中的质子迁移数。结果表明,BaCe0.9Y0.1O3-α固体电解质在氧分压<10Pa的气氛(如氢气)中几乎为纯离子导体,而在氧分压为10～10^5Pa的气氛(如空气)中为离子和电子空穴混合导体;样品在各气氛中的离子电导率均高于10^-2S·cm^-1。     

稀土复合氧化物的电导及在SOFC中的应用

概述了稀土复合氧化物的导电机理 ,把其分为离子导体和电子导体两大类进行讨论 ,并回顾了影响其电导的因素及其在固体氧化物燃料电池 (SOFC)中的应用情况 .     

双钙钛矿型电极材料在中低温固体氧化物燃料电池中的应用

近年来固体氧化物燃料电池(SOFCs)由于高效率(高达80%)、环境友好和燃料适用广泛等优点得到了人们的广泛关注。但是,由于其通常需要1000 ℃以上的工作温度才能达到所需的性能,其商业化及产业化应用受到了严重制约。中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)的研发是固体氧化物燃料电池进一步商业化的必然趋势。降低工作温度(从高温1000 ℃以上降低至中低温500~800 ℃)可提高燃料电池的稳定性、降低电池运行成本、增加系统材料可选性,而研发出中低温下性能优异的燃料电池电极材料是实现固体氧化物燃料电池中低温化的关键。作为混合离子-电子导体材料之一,双钙钛矿型氧化物材料可以成功地将燃料反应活性区域从传统的电极-电解质-反应气体三相界面扩展到整个电极的表面, 进而降低材料的极化电阻并大大提高电极在中低温条件下对氧的催化活性。由于双钙钛矿结构材料良好的氧离子传输能力、较低的热膨胀系数、优异的催化活性、较强的抗硫中毒和抗碳沉积能力,近年来成为非常有发展潜力的SOFCs电极材料。本文综述双钙钛矿型氧化物材料作为SOFCs电极材料的最新研究进展,指出目前双钙钛矿电极材料存在的主要问题,并提出SOFCs未来的主要研究发展方向。     

双相致密透氧膜

混合导体透氧材料由于在高温下具有氧离子导电特性,在纯氧制备、膜反应器及富氧燃烧等方面显示出广阔的应用前景。单相混合导体材料用作透氧材料时存在稳定性不足、机械性能差等问题,限制了其在生产中的实际应用。在离子导体相中掺入电子导体相形成双相导体膜可以提高透氧材料在高温下和高氧浓度梯度下的工作稳定性和化学稳定性。本文详细论述了双相透氧材料的透氧机理和研究进展,包括氧离子导体/贵金属电子导体和氧离子导体/氧化物电子导体和氧离子导体/混合导体等的复合形式。重点分析了材料的组成、结构以及两相之间的化学相容性和混合比例对材料透氧率和工作稳定性的影响。介绍了双相材料在甲烷部分氧化制合成气(POM)膜反应过程及富氧燃烧中的应用,分析了目前有待解决的问题并提出了今后的研究方向。     

固体电解质Li9-nxMn+xN2Cl3(M=Na、Mg、Al)的合成及表征

高温固相反应合成了固体电解质Li_(9-nx)M~(n )_xN_2Cl_3(M=Na、Mg、Al)。利用粉末 X射线衍射测定样品结构。测定了离子电导率 ,分解电压和电子电导。得出掺杂可以提高快离子导体材料 Li_9N_2Cl_3的电导率。并讨论了掺杂阳离子的半径和价态与替代离子的关系和影响。使用 x=0.05mol的二价镁离子替代 Li_9N_2Cl_3中的 Li＋离子可以很大程度的提高其电导率。     

快离子导体系统中Li+运动的7Li NMR研究

Lil＋2。TiZ。Mg。P3012是一种具有较高离子导电车的快离子导体材料，其结晶化学和电导性能都已经进行了深入的研究，表明化合物具有规整的三维骨架结构，h离子位于骨架间隙中，并且其离子电导率随温度升高而增加＊．作者曾应用”P固体高分辨NMR技术对该固港体系统的微观晶体结构进行了研究，分析了Mg’“离子部分替代Ti‘“离子后，化合物骨架结构的特征＊．但对该体系的Li离子微观动态行为的研究还没有开展，在这里我们应用、i固体NMR技术研究了L计的状态及其动态行为，在此基J由上分析了Li离子可能的迁移机理．1实验部分’LiNMR…     

BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)固体电解质的离子导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应合成了BaCe0.8Y0.2O3-α固体电解质用氢浓差电池和氧浓差电池方法研究了它的离子导电特性。以该氧化物为固体电解质多孔性Pt为电极材料组成氢空气燃料电池测定了该燃料电池的电流电压特性。研究发现BaCe0.8Y0.2O3-α在氢气中几乎是一个纯的质子导体在氧气中是一个氧离子和电子空穴的混合导体其燃料电池的开路电压OCV接近于理论值最大输出电流密度约为820mA·cm-21000℃最大输出功率密度约为200mW·cm-21000℃放电性能稳定具有良好的电池性能。     

质子导体固体氧化物燃料电池的Ba_2Co_9O_(14)阴极材料

Ba2Co9O14(BCO)是一种新型的电子-氧离子混合导体,在氧离子导体的固体氧化物燃料电池(SOFC)中,其作为阴极材料的应用可能性已经得到证实,本工作探索BCO在质子导体SOFC中的应用可能性。采用固相反应法制备BCO粉体,研究BCO与质子导体电解质BZCY(Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ)之间的化学相容性,分析BCO-BZCY复合阴极在BZCY电解质上的电化学性能。当复合阴极中BCO的质量含量为70%时,阴极性能最佳,界面阻抗活化能为1.26 e V。以BCO-BZCY为阴极,Ni-BZCY为阳极,BZCY为电解质的阳极支撑型单电池,700℃时,单电池的极化阻抗为0.15Ω·cm2,最大功率密度为400 m W·cm-2。     

高分子阳离子导体的极性基效应

<正> 高分子阳离子导体是一类只有阳离子充作电荷载流子的高分子固体电解质,因它在直流条件下呈现稳定的离子电导率而受世界各国学者重视。作为具有实用价值的高分子电解质,阳离子导体的关键问题是室温下离子电导率太低(一般比相应的双离子导体低1—2个数量级),难以应用。因而,国内外在这方面的研究重点集中在提高离子电导率上,近年来我们利用共混,共聚和交联等手段对提高离子电导率方面做了仔细工作,其中以极性丙烯酰胺共聚方法较好,经改进后共聚物的锂离子电导率达到2.1×10~(-6)s/cm(25℃),但对极性基改进电导率的实质未经探讨,本文将在上述工作基础上对极性丙烯酰胺共聚改进导电性的实质进行详细分析,得出有益的理论数据。     

多嵌段聚醚氨酯脲为基质的新型高分子固态离子导体

本文合成了一系列聚乙二醇型多嵌段聚醚氨酯脲，而且用这类聚醚氨酯甩与高氯酸锂制得了一种新型的高分子固态离子导体复合物。在室温和50℃之间，其电导率比聚环氧乙烷为基质的固体电解质的高一到二个数量级，它还具有优良的综合性能。因此，对于室温薄膜蓄电池来说，这种新型的固体电解质是一类良好的候选材料。