Ba1.05 Ce0.8 Ho0.2 O3-α的导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba1.05Ce0.8Ho0.2O3-α固体电解质,用粉末X-射线衍射方法鉴定了其晶体结构.用交流阻抗谱技术研究了材料在600℃～1000℃下、湿润氢气和湿润空气气氛中的导电性,测定了其氢–空气燃料电池性能,并与BaCe0.8Ho0.2O3-α的电性能进行了比较.结果表明,Ba1.05Ce0.8Ho0.2O3-α材料为钙钛矿型斜方晶单相结构.在600℃～1000℃温度范围内、湿润氢气和湿润空气气氛中,该材料的电导率高于BaCe0.8Ho0.2O3-α的电导率(1000℃下,在湿润的氢气气氛中它们的电导率分别为2.66×10-2和1.94×10-2 S·cm-1;在湿润的空气气氛中分别为4.31×10-2和1.93×10-2 S·cm-1);以该材料为固体电解质的氢–空气燃料电池性能优于以BaCe0.8Ho0.2O3-α为固体电解质的氢–空气燃料电池性能(1000℃下,它们的最大氢–空气燃料电池输出功率密度分别为139.8和85.8 mW·cm-2).     

Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α固体电解质的制备和电性能

采用高温固相反应法制备了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α 固体电解质,用XRD和SEM对其相组成和表面及断面形貌进行了表征。用气体浓差电池方法测定了材料在600～1000 ℃温度范围内,干燥空气、湿润空气和湿润氢气气氛中的离子迁移数;用交流阻抗谱技术测定了它们在各实验气氛中的电导率。研究了材料的离子导电特性,并与BaCe0.8Ho0.2O3-α 和Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α 的性能进行了比较。结果表明：该材料为单相钙钛矿型斜方晶结构。在600～1000 ℃温度范围内、干燥空气中,是氧离子与电子空穴的混合导体,氧离子迁移数为0.10～0.36;在湿润空气中,是质子、氧离子与电子空穴的混合导体,质子迁移数为0.11～0.01,氧离子迁移数为0.34～0.30;在湿润氢气气氛中,是纯质子导体,质子迁移数为1。在600～1000 ℃温度范围内,干燥空气、湿润空气和湿润氢气气氛中,非化学计量组成材料(x = 1.03,0.97)的电导率高于化学计量组成材料(x = 1)的电导率,其中,Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α的电导率最高 (1000 ℃时、在干燥空气气氛中：3.92×10-2 S·cm-1;在湿润空气气氛中：3.46×10-2 S·cm-1;在湿润氢气气氛中：2.10×10-2 S·cm-1)。Ba1.03Ce0.8 Ho0.2O3-α材料的离子导电性优于BaCe0.8Ho0.2O3-α 和Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α。     

质子导体BaCe_(0.8)Lu_(0.2)O_(3-α)的电性能(英文)

采用高温固相法制备了BaCe0.8Lu0.2O3-α质子导体。运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对该材料的物相结构、微观形貌进行了表征。在500~900℃温度范围内,应用交流阻抗谱和气体浓差电池方法研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性和氢-空气燃料电池性能。结果表明,BaCe0.8Lu0.2O3-α材料为单一斜方晶结构,具有良好的致密性。在500~900℃温度范围内,干燥或湿润的氮气、空气和氧气中,材料的电导率随着氧分压增大稍有增大。在湿润的氢气中,材料表现为纯的质子导电性。在以该材料为固体电解质的氢-空气燃料电池条件下,材料表现为质子、氧离子和电子的混合导电性,其中离子导电性始终占主导;氢-空气燃料电池在900℃下的最大输出功率密度为92.2mW·cm-2,高于我们以前报道的BaCe0.8RE0.2O3-α(RE=Pr,Eu,Ho,Er,等)材料。     

Ba1.03Ce0.9-xZrxTm0.1O3-α固体电解质的化学稳定性和电性能（英文）

用高温固相反应法制备了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.9-xZrxTm0.1O3-α(x=0.2,0.4)固体电解质。分别用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)方法表征了这两种材料的相组成和断面形貌,测定了它们在900℃下,CO2以及水蒸气气氛中的化学稳定性。在500~900℃温度范围内,分别用气体浓差电池方法和交流阻抗谱技术研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性,研究了以这两种材料为固体电解质的氢-空气燃料电池性能。结果表明,Ba1.03Ce0.7Zr0.2Tm0.1O3-α材料为单一钙钛矿型斜方晶结构,Ba1.03Ce0.5Zr0.4Tm0.1O3-α材料为单一钙钛矿型立方晶结构。2种材料均具有较高的致密性和化学稳定性。在500~900℃温度范围内、湿润氢气中,Ba1.03Ce0.7Zr0.2Tm0.1O3-α材料表现为纯的离子导电性,而Ba1.03Ce0.5Zr0.4Tm0.1O3-α材料表现为离子和电子的混合导电性;在湿润空气中,两种材料均表现为质子、氧离子和电子空穴的混合导电性;在氢-空气燃料电池条件下,均表现为质子、氧离子和电子的混合导电性。以这两种材料为固体电解质的氢-空气燃料电池均能稳定地工作。在相同实验条件下,Ba1.03Ce0.7Zr0.2Tm0.1O3-α材料的离子导电性及其氢-空气燃料电池性能均高于Ba1.03Ce0.5Zr0.4Tm0.1O3-α材料。     

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。     

非化学计量组成Ba_(1.03)Ce_(0.5)Zr_(0.4)La_(0.1)O_(3-α)的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3-α质子导体.粉末X射线衍射(XRD)结果表明,该材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性.扫描电子显微镜(SEM)观察分析表明,材料经1550℃烧结20h非常致密.在500～900℃温度范围内,用交流阻抗谱技术测定了材料在湿润氢气和湿润空气气氛中的电导率;用气体浓差电池方法测定了材料在湿润氢气、湿润空气气氛中和氢-空气燃料电池条件下的离子迁移数,研究了材料的离子导电特性,并与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3-α材料进行了比较.结果表明,在500～900℃温度范围内、湿润氢气气氛中,Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3-α材料的质子迁移数为1,是一个纯质子导体.在湿润空气气氛中,材料的氧离子迁移数为0.688～0.170,质子迁移数为0.218～0.017,是一个氧离子、质子和电子空穴的混合导体.在氢-空气燃料电池条件下,材料的离子(氧离子+质子)迁移数为0.990～0.796,是一个氧离子、质子和电子的混合导体.与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3-α材料相比较,在相同实验条件下非化学计量组成的Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3-α材料具有较高的电导率和离子迁移数.     

质子导体BaCe0.8Lu0.2O3-α的电性能

采用高温固相法制备了BaCe_0.8Lu_0.2O_3-α质子导体。运用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）对该材料的物相结构、微观形貌进行了表征。在500~900℃温度范围内,应用交流阻抗谱和气体浓差电池方法研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性和氢-空气燃料电池性能。结果表明,BaCe_0.8Lu_0.2O_3-α材料为单一斜方晶结构,具有良好的致密性。在500~900℃温度范围内,干燥或湿润的氮气、空气和氧气中,材料的电导率随着氧分压增大稍有增大。在湿润的氢气中,材料表现为纯的质子导电性。在以该材料为固体电解质的氢-空气燃料电池条件下,材料表现为质子、氧离子和电子的混合导电性,其中离子导电性始终占主导;氢-空气燃料电池在900℃下的最大输出功率密度为92.2mW·cm^-2,高于我们以前报道的BaCe_0.8RE_0.2O_3-α（RE=Pr,Eu,Ho,Er,等）材料。     

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.     

Tb2O3掺杂的BaCeO3的混合导电性

制备了Ba_xCe_0.8Tb_0.2O_3-α（x=0.98~1.03）系列固体电解质，用X-射线衍射法对其结构进行了表征，用交流阻抗谱方法和气体浓差电池方法测定了样品在500~1000℃温度范围、不同气氛中的导电特性，讨论了非化学计量组成（x≠1）对样品导电性能的影响并与化学计量组成（x=1）样品进行了比较。结果表明，这三个样品均为钙钛矿型斜方晶结构。在500~1000℃下，在干燥和潮湿的氧气、空气和氮气气氛中，样品以电子空穴导电为主；在潮湿的氢气气氛中，以质子导电为主，其电导率比不含氢气气氛（O₂，air，N₂）中的电导率约高两个数量级。同一样品在潮湿气氛中的电导率稍高于相应的干燥气氛中的电导率；非化学计量组成样品的电导率高于化学计量组成样品的电导率。     

钙掺杂对La2-xCaxCe2O7-δ性能影响研究

利用高温固相反应法制备了高温质子导体La2-xCaxCe2O7-δ(0≤x≤0.2)。分别利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对试样的相组成、微观形貌进行了表征。并对试样在水蒸气和CO2气氛中的化学稳定性进行了测试。研究了不同掺杂量和不同测试气氛对La2-xCaxCe2O7-δ电性能的影响。实验结果表明:1 500℃烧结的试样均形成萤石型结构;试样在CO2和水蒸气气氛中表现出良好的化学稳定性。试样在湿润氢气气氛下的电导率明显高于干燥空气气氛,x=0.1的试样在湿润氢气气氛中具有最高的电导率,850℃时达到3.16×10-2S.cm-1,电导活化能为84.93 kJ.mol-1。     

Gd1-xSrxCoO3-δ和Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系阴极材料的制备和性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成了新型中温固体氧化物燃料电池(IT.SOFC)的阴极材料Gd1-xSrxCoO3-δ(x=0-0.5)和Gd.0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ(y=0-1),所合成的初始粉体在800℃下煅烧12 h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体.研究发现,Gd1-xSrxCoO3-δ(GSC)的电导率在600℃时达到了559 S·cm-1,由Ce0.8Cd0.2O2-δ(GDC)电解质和GSC-25GDC材料组成的对称电极在600℃和700℃的界面阻抗分别为0.170Ω·cm2和0.064Ω·cm2,活化能仅为87.8 kJ·mol-1,预示其可以作为ITSOFC较为理想的阴极备选材料;随着Fe3 离子含量的增加,Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ系列阴极材料的热膨胀系数显著降低,但其电导率也急速下降;此外,通过调整Gd0.8Sr0.2CoO3-δ与GDC的比例可以制备出热膨胀系数与GDC电解质匹配、性能良好的Cd0.8Sr0.2CoO3-δ/GDC复合阴极材料.     

BaxCe0.8Y0.2O3-α固体氧化物燃料电池性能

用高温固相反应法合成了BaxCe0.8Y0.2O3-α（x=1.03,1,0.98)系列固体电解 质，用粉末X射线衍射法研究了样品的晶体结构，用氢及氧浓差电池方法研究了样 品的质子及氧离子导电特性，测定了它们的氢－空气燃料电池的放电性能。结果表 明，各样品均为钙钛矿斜方晶单相结构；质子导电和燃料电池输出电流密度均随样 品中钡离子含量的增加而增大，Ba1.03Ce0.8Y0.2O3-α具有最大的质子导电性和燃 料电池输出电流密度；各样品的氧离子导电性几乎不受钡离子含量影响。     

Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-α陶瓷的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-α陶瓷。粉末X-射线衍射(XRD)结果表明,该材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性。在500～900℃温度范围内,分别用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法研究了材料在不同气体气氛中的离子导电特性,并与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的导电特性进行了比较。结果表明,在500～900℃温度范围内,干燥和湿润的氢气、氮气、空气和氧气气氛中,材料的电导率均随着温度升高和氧分压增加而增加,且材料在湿润气氛中的电导率稍高于相应的干燥气氛中的电导率(氢气气氛中则相反)。在湿润氢气中,材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体;在干燥空气中,材料的氧离子迁移数为0.087～0.155,是一个氧离子与电子空穴的混合导体;在湿润空气中,材料的质子迁移数为0.001～0.004,氧离子迁移数为0.160～0.198,是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体。材料在干燥和湿润空气中的氧离子电导率均高于相同条件下Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的氧离子电导率。     

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。     

Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α陶瓷的离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α质子导电性陶瓷,粉末X-射线衍射(XRD)分析表明,该陶瓷为单一钙钛矿型斜方晶结构。在500~900℃温度范围内,分别用气体浓差电池方法和交流阻抗谱技术研究了材料在不同气体气氛中的离子导电性,并与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的离子导电性进行了比较。结果表明,在500~900℃温度范围内、湿润氢气中,Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体。在干燥空气中,该材料是一个氧离子和电子空穴的混合导体,氧离子迁移数为0.295~0.081,氧离子电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。在湿润空气中,该材料是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体,质子迁移数为0.151~0.009,氧离子迁移数为0.300~0.107,质子电导率低于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料。在氢-空气燃料电池条件下,Ba0.9La0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料是一个质子、氧离子和电子的混合导体,离子迁移数为0.964~0.853,离子电导率与Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料相近。     

Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-α陶瓷的离子导电性

用高温固相反应法制备了质子导电性陶瓷Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对该陶瓷材料进行了表征;用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法研究了材料在500~900℃温度范围内、不同气体气氛中的离子导电性,并与BaCe0.9Nd0.1O3-α和Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α材料的导电性进行了比较。结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构,具有良好的致密性,在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性。在湿润氢气气氛中、500~800℃温度范围内,材料的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体;在900℃下,质子迁移数为0.964,是一个质子与电子的混合导体,质子迁移数高于BaCe0.9Nd0.1O3-α(在700~900℃温度范围内,质子迁移数为0.95)。在湿润空气气氛中,材料的质子迁移数为0.019~0.032,氧离子迁移数为0.093~0.209,是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体,总电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。在氢-空气燃料电池条件下,材料的离子迁移数为0.957~0.903,是一个质子、氧离子和电子的混合导体,离子电导率高于Ba0.9Ca0.1Ce0.9Nd0.1O3-α。     

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).     

非化学计量组成Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3－α的化学稳定性和离子导电性

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba_1.03Ce_0.5Zr_0.4La_0.1O_{3－α质子导体. 粉末X射线衍射(XRD)结果表明, 该材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构, 在高温下、CO2或水蒸气气氛中具有较高的稳定性. 扫描电子显微镜(SEM)观察分析表明, 材料经1550 ℃烧结20 h非常致密. 在500～900 ℃温度范围内, 用交流阻抗谱技术测定了材料在湿润氢气和湿润空气气氛中的电导率; 用气体浓差电池方法测定了材料在湿润氢气、湿润空气气氛中和氢-空气燃料电池条件下的离子迁移数, 研究了材料的离子导电特性, 并与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α材料进行了比较. 结果表明, 在500～900 ℃温度范围内、湿润氢气气氛中, Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3－α材料的质子迁移数为1, 是一个纯质子导体. 在湿润空气气氛中, 材料的氧离子迁移数为0.688～0.170, 质子迁移数为0.218～0.017, 是一个氧离子、质子和电子空穴的混合导体. 在氢-空气燃料电池条件下, 材料的离子(氧离子＋质子)迁移数为0.990～0.796, 是一个氧离子、质子和电子的混合导体. 与化学计量组成的BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α材料相比较, 在相同实验条件下非化学计量组成的Ba1.03Ce0.5Zr0.4La0.1O3－α材料具有较高的电导率和离子迁移数.}     

SrCe0.9Yb0.1O3-α陶瓷的导电性

以高温固相反应法合成了质子导电性氧化物陶瓷SrCe0.9Yb0.1O3-α.粉末XRD结果表明,该陶瓷样品为单一斜方相钙钛矿型结构.以陶瓷样品为固体电解质、多孔性铂为电极,采用交流阻抗谱技术和气体浓差电池方法分别测定了样品在600～1000 ℃下、干燥空气及湿润氢气中的电导率及离子迁移数,研究了样品的离子导电特性.结果表明,在600～1000 ℃下干燥空气中,陶瓷样品的最大电导率为0.026 S·cm-1,氧离子迁移数为0.03～0.2,是一个氧离子与空穴的混合导体;在湿润氢气中,陶瓷样品的最大电导率为0.015 S·cm-1. 600～800 ℃时,陶瓷样品的质子迁移数为1,是一个纯的质子导体,而在900～1000 ℃时,陶瓷样品的质子迁移数为0.91～0.97,是一个质子与电子的混合导体,质子电导占主导.     

中温固体氧化物燃料电池复合阴极Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC性能研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成固体氧化物燃料电池阴极系粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(PSCF)(z=0,0.02,0.05,0.1)。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其相结构与形貌进行了分析,结果表明:900℃以上焙烧后的阴极粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(z=0,0.02,0.05,0.1)为单一的钙钛矿结构。1000℃烧结的样品内粒子分布比较均匀,且颗粒内部存在一定程度的空隙,并与电解质附着情况良好。用直流四电极法测试阴极体系样品在400～750℃的电导率,发现各试样混合离子电子电导率均高于786 S.cm-1,能够满足固体氧化物燃料电池对阴极电导率的要求。用交流阻抗法测定PSCF-Ce0.8Sm0.2O1.9体系样品的阻抗谱,得到1000℃烧结的阴极体系对称电池在测试温度为750℃z=0,z=0.02,z=0.05时的极化电阻分别为0.041,0.040,0.034Ω.cm-2。