新型导电陶瓷Sm_0.9St_0.1Al_0.5Mn_0.5O_(3-δ)的制备及其电性能研究

采用有机凝胶法结合固相烧结技术制备了Sm_0.9St_0.1Al_0.5Mn_0.5O_(3-δ)(SSAM9 155)新犁导电陶瓷.通过TG/DTA,FTIR, XRD,SEM和直流四引线法系统研究了凝胶前驱体的热分解及其相转化过程和烧结体的结构、相稳定性、微观形貌、电导率以及电输运机制.结果表明,凝胶前驱体在900℃焙烧5 h可以形成完全晶化的四方钙钛矿相纳米粉体;高温烧结制得的SSAM9155陶瓷的电导率取决于P型电导,电导率随温度的升高而增大,导电行为符合P型小极化子跳跃机制;随烧结温度的升高或保温时间的延长,SSAM9155陶瓷的电导率和相对密度都先增大后减小,1600℃烧结10 h制得的SSAM9155陶瓷具有最高的电导率和相对密度(98%),该样品在空气和氢气气氛中850℃时的电导率分别为8.21和1.26 S·cm~(-1),表观活化能分别为0.265和0.465 eV.具有较高电导率的Sr,Mn掺杂的SmAlO_3导电陶瓷有望成为一种新型的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料.     

La10(SiO4)6－x(GaO4)xO3－0.5x的合成及其导电性能

以溶胶-凝胶法合成前驱体, 在950 ℃时烧结制得La10(SiO4)6－x(GaO4)xO3－0.5x (x＝0, 0.5, 1.0, 1.5和2.0)陶瓷样品, 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La10(SiO4)5(GaO4)O2.5的电导率最大, 在700 ℃时其电导率达到4.66×10－2 S•cm－1. 离子迁移数和氧分压对电导率的研究表明, 其主要的电荷载体是O2－离子.     

前驱体对三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响

目前,工业产品的三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2通常使用间接共沉淀和高温固相烧结相结合的方法.共沉淀制得的氢氧化镍钴锰前驱体,其形貌和粒径分布等直接影响着三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的性能.使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征和观察材料晶体结构和表面形貌,并测试粒径分布、振实密度和电化学性能,考察三种前驱体对制得的三元材料的影响.研究结果表明,前驱体的粒径分布直接影响材料的物理性能,表面有大量微孔而又致密的球形是较理想的前驱体形貌;焙烧后可得到结晶度高的材料,0.2C全电池放电比容量达到156.4 mAh·g-1,循环寿命优异,300周期循环其容量基本不衰减,500周期循环后容量保持率高达92%.     

Sm0.5Sr0.5Co1-xCuxO3-δ阴极材料的合成与性能研究

采用尿素-硝酸盐法制备了Sm0.5Sr0.5Co1-xCuxO3-δ(x=0～0.5)阴极材料.用TG-DSC,SEM,XRD和热膨胀仪对材料的形成过程、晶体结构、烧结体的微观结构及热膨胀性能进行了表征.用直流四端子法测试材料在500～800℃范围内的电导率.结果表明,制备样品的主晶相为正交钙钛矿结构,体系含有杂相;电导率随温度和Cu含量的变化关系表现为,x≤0.2时的样品随温度升高电导率降低,x≥0.3时随温度升高电导率增大,组成为x=0.2的样品电导率最高,500℃达到703.1 S·cm-1.材料的热膨胀系数随掺杂的Cu含量增加而降低.     

La0.5>RE0.3Sr0.2FeO3－δ (RE = Nd、Ce、Sm)体系双稀土阴极材料的制备与电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)合成了La0.5RE0.3Sr0.2FeO3－δ(RE=Nd、Ce、Sm)系列复合氧化物粉体. 用X射线衍射(XRD)和TG-DSC分析了样品钙钛矿物相的形成过程, 用Archimedes排水法测量体积密度并计算烧结样品的相对密度, 用四端子技术测量电导率. 结果显示, 掺Nd的样品1200 ℃烧结2 h成为单一立方钙钛矿结构, 掺Ce样品有明显的CeO2立方相析出, 掺Sm样品主相为钙钛矿结构伴有微弱的杂峰. 1250 ℃烧结2 h的La0.5Nd0.3Sr0.2FeO3－δ在600 ℃时电导率高达100 S•cm-1以上, 明显高于La0.5Ce0.3Sr0.2FeO3－δ及La0.5Sm0.3Sr0.2FeO3－δ样品的电导率, 预示着La0.5Nd0.3Sr0.2FeO3－δ可能是一种良好的中温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料.     

Sr和Co共掺杂对PrAlO3钙钛矿氧化物的结构和电性能的影响

采用柠檬酸盐法结合高温烧结制备了(Pr,Sr)(Al,Co)O3-δ系列钙钛矿氧化物导电陶瓷。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和直流四线法等手段对样品的物相、微观结构和电性能进行了表征。结果表明:所制备的Pr0.9Sr0.1Al1-yCoyO3-δ(y=0.1~0.5)陶瓷均为单相菱方钙钛矿结构,在掺杂范围内其晶胞体积、相对密度和电导率都随Co掺杂量y的增加而增大,但电导率的增幅在逐步减小;所有陶瓷样品在空气中都是氧离子与电子空穴的混合导体,电导行为符合小极化子跳跃机制。对于Pr1-xSrxAl0.5Co0.5O3-δ(x=0.1~0.4)陶瓷,当x=0.2时样品有较明显的第二相(Pr,Sr)CoO3析出,说明Sr在该体系的固溶限在10~20at%之间,而且随着x的进一步增加,(Pr,Sr)CoO3增多并成为主相;在测量温度范围内,Pr1-xSrxAl0.5Co0.5O3-δ的电导率随x的增加大体呈现出一个先增大后减小的变化趋势,在x=0.3附近达到一个最大值,当x≥0.2时还可观察到明显的半导体-金属性转变,且转变温度随x的增加而逐渐降低。     

MnO2掺杂金属陶瓷惰性阳极的制备及性能研究

以氧化铝-金属复合材料为基质, 通过掺杂MnO2制备一种新型电解铝所用的陶瓷惰性阳极, 并对添加MnO2的阳极材料的综合性能进行了考察. 研究了MnO2对烧结性能的影响, 并对样品进行了静态腐蚀实验的研究, 测定了样品在500~1000 ℃下电导率随温度的变化. 研究结果表明, 添加MnO2有利于材料烧结且能改善材料的物化性能: 烧结样品晶粒生长完整, 致密度高; 耐高温和抗冰晶石熔盐腐蚀性能好, 平均腐蚀速率降为12.32 mm/year; 导电性能稳定、良好, 具有半导体的导电性质, 电导率随温度的升高而增大, 测得850 ℃时样品的电导率为67 S/cm.     

钙钛矿型氧化物Ln0.5Sr0.5CoO3的制备与电输运性能

采用固相反应法合成钙钛矿氧化物材料Ln0.5Sr0.5CoO3（h=La，Pr，Nd，Sm，Eu）的超细粉体，研究了不同稀土元素掺杂时的晶体结构和电输运性能，分析了该钙钛矿体系结构的形成过程。实验表明，当烧结温度达到1200℃时，通过固相反应法可以形成稳定的单一的钙钛矿相。样品电导率在700℃附近出现最大值，低温段的导电行为符合小极化子导电机制，La0.5Sr0.5CoO3材料的电导率在中温范围内最大，适合作为中温固体燃料电池的阴极材料。     

Ce0.8Sm0.2O1.9的尿素燃烧法合成与性能

采用以尿素为燃料的燃烧合成法制备Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)氧离子导体材料, 对燃烧合成粉体的物相和显微形态进行了表征, 并研究了燃烧法合成SDC的烧结性能以及烧结体的导电性能. 研究结果表明, 采用尿素燃烧法合成SDC具有简便高效和合成粉体烧结活性高的优点. 经过燃烧过程后即可得到立方萤石结构的纯相SDC粉体, 合成粉体的分散性良好, 为50~150 nm的球形颗粒, 具有高的烧结活性, 在1250 ℃的烧结温度下, 陶瓷样品的相对密度可达到95.1%. 在600和800 ℃的测试温度下, 烧结温度为1250 ℃的陶瓷样品的电导率分别达到5.4×10-2和1.0×10-1 Ω-1·cm-1.     

La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8的电化学性质及其在SOFC中的应用

采用凝胶浇注法制备具有较高氧离子电导率的固体电解质La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8粉料.X射线衍射结果表明,于1400℃焙烧后即形成了钙钛矿结构,无杂相存在.探讨了粉料压制坯体的致密化和导电性能在1450℃下与烧结时间的关系,发现烧结时间为18h时其相对密度达98.3%,而在24h的情况下,样品具有最佳的氧离子导电性.采用Ni-Ce0.8Gd0.2O1.9作为阳极,La0.8Sr0.2Ga0.6Ni0.4O2.7作为阴极,组装了平板型固体氧化物燃料电池(SOFC).阳极和阴极分别通入含3%H2O的氢气和空气,750℃时的开路电压为1.04V,最大输出功率密度(P)达252mW/cm2(U=0.48V,J=525mA/cm2).     

Sn0.5Ti((0.5)O2固溶体的溶胶-凝胶法制备、表征及其热稳定性研究

采用溶胶-凝胶法制备了Sn_0.5Ti_0.5O₂固溶体.用X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)和红外(IR)技术对材料的结构和热稳定性进行了分析表征.固溶体的热稳定性与起始反应温度有关,在40℃水浴温度下制备的凝胶经1000℃烧结,发生了相分解,出现了富Sn和富Ti相,而在80℃水浴温度下制备的凝胶经1200℃烧结也不发生相分解,仍以Sn_0.5Ti_0.5O₂相存在,而且用差热分析也得到了同样的结论.     

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.     

新型氧离子导体La2Mo1.8Ga0.2O9陶瓷的合成及其电性能

通过高温固相合成法首次合成了La₂Mo_1.8Ga_0.2O₉陶瓷样品. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相La₂Mo₂O₉结构. 以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极, 采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了样品在600～1000 ℃下各种气氛中的离子导电特性. 结果表明, 氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好, 氧离子迁移数为1, 表明该陶瓷样品在该温度下氧气气氛中为一纯氧离子导体; 氧泵(氧的电化学透过)实验结果进一步证实了该样品在氧气气氛中为一纯氧离子导体; 在氧分压p(O₂)＝10^－5～10⁵ Pa的高氧分压气氛中, 电导率与氧分压变化基本无关, 表明在该氧分压范围内样品为纯离子导体, 这与氧浓差电池电动势测定结果相吻合; 在低氧分压为10^－5～10^－15 Pa范围内, 总电导率随氧分压降低而稍有升高, 表明在该氧分压范围样品为氧离子与电子的混合导体; 在600～1000 ℃下氧离子电导率＞10^－2 S•cm^－1, 显著高于母体La₂Mo₂O₉的氧离子电导率, 1000 ℃时的氧离子电导率为0.07 S•cm^－1.     

Synthesis and characterization of La2Mo2O9 obtained from freeze-dried precursors

La₂Mo₂O₉ ceramics have been prepared from freeze-dried precursors and their properties compared to those of lantanum molybdate obtained by conventional solid state (SS) reaction. All materials have been characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and thermal analysis (TGA/DTA/DSC and dilatometry) to characterize the phase formation and phase transition. When the freeze-dried method was applied, the synthesis temperature required to obtain dense samples was much lower than that for powders obtained by SS reaction. The morphology and structure of the oxide particle are significantly dependent on the synthesis method. The grain size is smaller, whereas the density of sintered pellets is higher for the freeze-dried precursor powder when compared with the SS reaction method. Impedance spectroscopy was used to measure the electrical conductivity of La₂Mo₂O₉ from 548 to 1123 K, in air, and to characterize the blocking effects of grain boundaries.     

Microstructure and electrical transport in nano-grain sized Ce0.9Gd0.1O2−δ ceramics

An enhancement of the electrical conductivity has been found in nano-grain sized Ce_0.9Gd_0.1O_2−δ ceramics when measured in N₂ (p_O2=3.5×10⁻⁶ atm) in comparison with the most commonly accepted values of bulk ionic conductivity. We first present the synthesis and characterisation of the nanoparticles later used for the preparation of dense nanoceramics of Gd-doped CeO₂. The nanoparticles were characterised by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM). The good sintering properties of these nanopowders allowed us to obtain very dense ceramics (>90% theoretical density) while keeping the grain size close to 100 nm. The microstructure of these nanoceramics was analysed by AFM and scanning electron microscopy (SEM) while the electrical characterisation was performed by the 4-point dc technique between 500 and 950 °C in air or N₂ and ac impedance between 150 and 400 °C in air and or argon. We briefly discuss the possibilities of electron vs. oxygen ion conduction and grain boundary vs. bulk conductivity. The features exhibited by these ceramics represent an increased potential to process solid electroceramics materials with specific levels of electronic and/or ionic conductivities for a variety of electrochemical devices.     

用湿化学法制备Sm0.5Sr0.5CoO3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3复合阴极及其性能表征

用湿化学法制备了Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)－La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，其中SSC用甘氨酸－硝酸盐法合成，LSGMC5用柠檬酸盐法合成。XRD结果表明，甘氨酸－硝酸盐法制备的SSC在焙烧温度大于1223K即表现为单一的钙钛矿结构。随焙烧温度的升高，SSC粉末颗粒增大,导致含有高温烧结SSC的电极与电解质界面结合变差。采用多种技术考察了利用不同温度（1173－1373K）预烧的SSC粉末制备的SSC-LSGMC5阴极上进行的氧还原反应。结果表明，SSC-LSGMC5复合电极的性能显著依赖于电极中SSC粉末的预烧温度，当SSC粉末焙烧温度在1223K附近时，具有最小的欧姆电阻以及氧还原反应极化电阻，1A· cm-2电流密度下的极化过电位为0.077 V。     

Ag复合对LaCoO_3陶瓷热电性能的影响

<正>0引言热电材料是利用热电效应实现电能和热能相互转化的功能材料,在废热发电和无氟制冷等方面有广泛的应用前景。其中氧化物热电材料是近年来备