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。     

Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α陶瓷的离子导电性及其燃料电池性能

The perovskite-type-oxide solid solution Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α was prepared by high temperature solidstate reaction and its single-phase character was confirmed by X-ray diffraction. The ionic conduction of the sample was investigated using electrical methods at elevated temperatures, and the performance of the hydrogen-air fuel cell using the sample as solid electrolyte was measured, which were compared with those of BaCe0.8Ho0.2O3 - α. In wet hydrogen, BaCe0.8 Ho0.2 O3 - α almost exhibits pure protonic conduction at 600-1000 ℃, and its protonic transport number is 1 at 600-900 ℃ and 0.99 at 1000 ℃. Similarly,Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α exhibits pure protonic conduction with the protonic transport number of 1 at 600-700 ℃, but its protonic conduction is slightly lower than that of BaCe0.8Ho0.2O3-α, and the protonic transport number are 0.99-0.96 at 800-1000 ℃. In wet air, the two samples both show low protonic and oxide ionic conduction. For Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α, the protonic and oxide ionic transport numbers are 0.01-0.11 and 0.30-0.31 respectively, and for BaCe0.8Ho0.2O3-α, 0.01-0.09 and 0.27-0.33 respectively. Ionic conductivities of Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α are higher than those of BaCe0.8Ho0.2O3-α under wet hydrogen and wet air. The performance of the fuel cell using Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-α as solid electrolyte is better than that of BaCe0.8Ho0.2O3-α. At 1000 ℃, its maximum short-circuit current density and power output density are 465 mA/cm2 and 112 mW/cm2, respectively.     

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).     

Ba0.95Ce0.9Y03-α固体氧化物燃料电池性能

以Ba0.95Ce0.9Y0.1O3-α为固体电解质,Pt为电极,组成氢-空气燃料电池,测定了该电池600～1000℃下电流-电压特性、电极极化特性和电解质中各电荷载流子(质子、氧离子、电子空穴)迁移数及其电导率.实验表明,该电池放电性能良好,能稳定地输出电能,1000℃时的最大输出电流密度为680 mA@cm-2.正、负Pt电极极化特性很小,放电时的电压耗损主要由电解质电阻产生.在氢-空气燃料电池条件下,Ba0.95Ce0.9Y0.1O3-α显示混合离子(质子+氧离子)导电性.随着温度升高,质子迁移数减小而氧离子迁移数增大,当温度为780℃时,质子和氧离子迁移数相同(0.46),在低于780℃时,质子电导占优势,而在高于780℃时,氧离子电导占优势.     

Mixed Conduction in Tb2O3 Doped BaCeO3

BaxCe0.8Tb0.2O3-a （x=0.98-1.03） solid electrolytes were synthesized and characterized by using X-ray diffraction （XRD）. By using AC impedance spectroscopy and gas concentration cell electromotive force （EMF） measurements, the electrical conduction behavior of the specimens was investigated in different gases during 500-1000 ℃ The influence of nonstoichiometry in the specimens with x ≠ 1 on conduction properties was studied and compared with that in the specimen with x = 1. The results show that the specimens are all of perovskite-type orthorhombic structure. In 500-1000 ℃, electronic hole conduction is dominant in dry and wet oxygen, air or nitrogen. Protonic conduction is dominant in wet hydrogen and it is about two orders of magnitude higher than that in hydrogen-free atmospheres （oxygen, air and nitrogen）. The electrical conductivity of the same specimen in water vapor-saturated oxygen, air or nitrogen is slightly higher than that in corresponding gas without water vapor. The electrical conductivities of the nonstoichiometric specimens are higher than those of the stoichiometric one.     

固体电解质Ba0.98Ce0.8Eu0.2O3-a的离子导电性及其燃料电池性能

非化学计量法;气体浓差电池;固体电解质Ba0.98Ce0.8Eu0.2O3-a的离子导电性及其燃料电池性能     

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。     

超细SrCe0.95 Yb0.05O3-α质子导体的制备

利用溶胶-凝胶法合成了SrCe0.95Yb0.05O3-α超细粉体,运用热分析、电镜表征了粉体的性质与形貌.X射线粉末衍射表明1000℃即形成斜方钙钛矿结构,较高温固相反应合成温度降低了约400C,粉体的平均粒径为65nm,具有良好的烧结性能,可以得到相对密度超过97%的多晶陶瓷.     

Gd0.2Ce0.8O1.9纳米颗粒对固体氧化物电解池La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ阳极 析氧反应的影响

化石燃料的使用排放了大量CO2,对气候和环境造成了日益严重的危害.固体氧化物电解池(SOEC)能够利用可再生能源产生的电能将CO2高效转化成CO,降低CO2排放的同时,又能减少化石燃料的使用,近年来受到研究者的广泛关注.相比于低温液相CO2电还原,SOEC高的运行温度保证了其较高的反应速率,即较高的电流密度.典型的SOEC单电池由多孔阴极、致密电解质和多孔阳极以三明治的方式组装而成.CO2分子在阴极得到两个电子解离成CO和一个O2–;生成的O2–通过致密电解质传导至阳极,在阳极失去四个电子发生析氧反应(OER)生成一个O2.相比于两电子的阴极反应,阳极四电子的析氧反应更难进行,可能是整个电极过程的速控步,因此开发高性能的阳极材料有望显著提高SOEC的CO2电还原性能.La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)因具有较高的混合离子-电子导电性而被用作SOEC阳极材料,但受LSCF-气体两相界面的限制,其OER性能较低.研究表明,LSCF-掺杂的CeO2-气体所构成的三相界面相比于LSCF-气体两相界面具有更高的电化学反应活性,即OER反应更易在三相界面进行.因此,本文将Gd0.2Ce0.8O1.9(GDC)纳米颗粒浸渍到SOEC LSCF阳极来提高其OER活性,考察了纳米颗粒浸渍量(3,5,10和20 wt%)对SOEC电化学性能的影响.结果表明,SOEC的电化学性能随浸渍量的增加而逐渐升高,当GDC纳米颗粒浸渍量为10 wt%时(10GDC/LSCF),SOEC的电化学性能达到最高,在800 oC和1.6 V的电流密度为0.555 A cm–2,是LSCF阳极SOEC性能的1.32倍.继续增加浸渍量到20 wt%,电化学性能反而开始下降.电化学阻抗谱测试结果表明,GDC纳米颗粒的加入减小了SOEC的极化电阻.对应的弛豫时间分布函数解析结果表明10GDC/LSCF阳极上的OER由四个基元反应构成.电镜和O2-程序升温脱附结果表明,GDC纳米颗粒的加入显著增加了10GDC/LSCF阳极三相界面和表面氧空位的数量以及体相氧的流动性,从而促进了OER四个基元反应的反应速率,降低了这几个过程的极化电阻,因而降低了OER反应的极化电阻,提高了SOEC电还原CO2的电化学性能.     

Ba_(0.95)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-α)固体氧化物的离子导电性及其燃料电池性能

以Ba0 .95Ce0 .9Y0 .1O3-α氧化物陶瓷为固体电解质 ,以多孔性Pt为电极材料 ,分别组成氢、氧浓差电池和氢_空气燃料电池 ,测定了 6 0 0～ 10 0 0℃范围内的浓差电池电动势 ,燃料电池的放电性能和电极极化性能 .结果表明 ,Ba0 .95Ce0 .9Y0 .1O3-α在氢气氛中几乎是一个纯质子导体 ,在氧气氛中是氧离子与电子空穴的混合导体 ,氧离子迁移数在 0 .3～ 0 .5之间 ,在氢_空气燃料电池条件下显示出混合离子 (质子 +氧离子 )导电性 ,总离子迁移数大于 0 .9.该燃料电池性能良好 ,Pt电极极化性能很小 ,最大输出电流密度为 6 80mA·cm- 2 (10 0 0℃ ) ,最大输出功率密度为 16 0mW·cm- 2 (10 0 0℃ ) .     

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…     

纳米Al2O3掺杂对Ce0.8Y0.2O2-δ晶界离子电导的影响

纳米Al2O3掺杂对Ce0.8Y0.2O2-δ晶界离子电导的影响;固体电解质;晶界离子电导率     

固体电解质BaxCe0.8Ho0.2O3-α的导电性及其燃料电池性能

用高温固相反应法合成了BaxCe0.8Ho0.2O3-α(x=1.03,1,0.97)系列固体电解质,粉末XRD结果表明,各材料均为钙钛矿型斜方晶单相结构.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;研究了它们的氢-空气燃料电池性能:讨论了材料的非化学计量组成对其电性能的影响.结果表明,在600-1 000℃温度范围内、湿润氢气和湿润空气气氛中.该系列材料的电导率随温度和钡离子含量的变化均与以该系列材料为固体电解质的氢-空气燃料电池性能随温度和钡离子含量变化的次序一致,即:非化学计量组成材料BaxCe0.8Ho0.2O3-α(x=1.03,0.97)具有较化学计量组成材料BaxCe0.8Ho0.2O3-α(x=1)高的电导率和氢-空气燃料电池输出功率密度,其中BaxCe0.8Ho0.2O3-α有最高的电导率(1000℃时、在湿润的氢气气氛中:2.10×10-2 S·cm-1;在湿润的空气气氛中:3.46×10-2S·cm-1)和最大的氢-空气燃料电池输出功率密度(1 000℃时:122 mW·cm-2).     

纳米晶SrCe0.95Yb0.05O3-α烧结特性的研究

本文采用柠檬酸盐法制备的SrCe0.95Yb0.05O3-α纳米粉体.将SrC e0.95Yb0.05O3-α纳米粉于3MPa压力下压制成型,在不同温度下进行烧结.对SrCe0.95Yb0.05O3-α纳米粉烧结过程进行研究.实验结果表明 :SrCe0.95Yb0.05O3-α纳米粉体样品片烧结收缩率随烧结温度升高而上升,于1300～1400℃烧结速率最大,1500℃样品片烧结收缩率达到相同条件常规粉体烧结收缩率的7倍,1600℃所得样品片致密度达到最大.并用XRD,SEM等测试手段,对其烧结特性进行了表征.     

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。     

Ba_xCe_(0.8)Sm_(0.2)O_(3-α)固体电解质的离子导电性

用高温固相反应法合成了非化学计量组成的Ba1.03Ce0.8Sm0.2O3-α,Ba0.98Ce0.8Sm0.2O3-α固体电解质样品,作为比较,亦用高温固相反应法合成了化学计量组成的BaCe0.8Sm0.2O3-α固体电解质样品。用X射线衍射法对它们进行了晶体结构测定,分别用氢及氧浓差电池方法研究了它们在600～1000℃下的质子和氧离子导电特性。实验结果表明,这些样品均为钙钛矿型斜方晶单相结构,随着样品中的Ba2+离子含量的增多,样品的质子迁移数增大。这些样品在氧气氛中均为氧离子与电子空穴的混合导体,样品的Ba2+离子含量对样品的氧离子迁移数无明显影响。     

BaCe0.8Zro.1La0.1O3-α陶瓷的制备和电性能研究

以高温固相反应法制备了BaCe0.gZr0.1Lao1O3-α陶瓷,用粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构和断面形貌进行了表征.以陶瓷材料为固体电解质、多孔性铂为电极,用交流阻抗谱技术测定了材料在500～900℃下不同气体气氛中的电导率;用气体浓差电池方法测定了材料在于燥空气和湿润空气中的离子迁移...     

SrSn0.1Fe0.1Co0.8O3-δ和Ba0.1Sr0.1Fe0.1Co0.8O3-δ膜的氧渗透性能

致密陶瓷膜;电导;SrSn0.1Fe0.1Co0.8O3-δ和Ba0.1Sr0.1Fe0.1Co0.8O3-δ膜的氧渗透性能     

柠檬酸盐凝胶自燃烧法制备Ce0.8Sm0.2O1.9粉体及性能表征

以柠檬酸和金属硝酸盐为原料,采用凝胶自燃烧法合成了氧化钐掺杂的氧化铈粉体Ce0.8Sm0.2O1.9,利用差热-热重分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜等对粉体的形成条件、相组成以及表面形貌进行了表征。该实验能使学生了解固体氧化物燃料电池粉体的基本知识,熟悉柠檬酸盐凝胶自燃烧法制备粉体的原理,了解表征粉体结构的基本方法。     

Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝整体催化剂上低温水煤气变换反应动力学研究

采用微分反应器,研究了新型Re/Pt/Ce0.8Zr0.2O2/蜂窝催化剂上低温水煤气变换反应的动力学行为。利用非线性最小二乘法处理正交设计的实验数据,获得了动力学方程的模型参数。所得的结果符合幂函数型动力学方程,经F检验和相关指数检验,实验值和模拟计算值符合较好。在该催化剂上水煤气变换反应的活化能为70kJ/mol,与文献中报道的数值相吻合。该催化剂上反应速率对CO、H2O、H2和CO2的反应级数分别为0.09、0.88、-0.54和-0.11,与传统的Cu基低变催化剂上的反应级数相差较大。这表明,低温水煤气变换反应在两种催化剂上遵循不同的反应机理。