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.     

Pr掺杂对Ce5.2Sm0.8MoO15－δ晶界及电性能的影响

在Ce_5.2Sm_0.8－xPr_xMoO_15－δ体系中引入少量Pr得新氧化物Ce_5.2Sm_0.72Pr_0.08MoO_15－δ, 通过X射线衍射(XRD), 拉曼光谱(Raman), X射线光电子能谱(XPS), 场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对氧化物结构进行分析, 交流阻抗谱测试电性能; 讨论掺杂少量Pr对Ce_5.2Sm_0.8MoO_15－δ微观结构和电性能的影响. 结果表明, 少量Pr^3＋的掺杂可降低晶界电阻, 增加离子扩散通道, 降低体系的总电导激活能和晶界电导激活能, 提高氧化物的总电导率和晶界电导率; 500 ℃时掺Pr材料的晶界电导率为6.79×10^－3 S•cm^－1, 比未掺Pr材料的晶界电导率(5.61×10^－5 S•cm^－1)提高约2个数量级.     

(Ce0.8RE0.2)1-xMxO2-δ固体电解质的溶胶-凝胶合成及其电性质

利用溶胶 凝胶法合成了 (Ce0 .8RE0 .2 ) 1-xMxO2 -δ(RE :稀土 ,M :碱土 )系列固体电解质 ,XRD表明 80 0℃即形成萤石结构 ,较高温固相反应合成温度低约 70 0℃ .测定了样品的电导率和阻抗谱 .XPS测试表明 ,掺杂碱土氧化物后吸附氧浓度明显增大 ,氧空位增多 ,电导率和氧离子迁移数增大 ,改善了CeO2 基固体电解质的性能 .讨论了碱土及稀土离子对电性质的影响 .(Ce0 .8Sm0 .2 ) 1-0 .0 5 Ca0 .0 5 O2 -δ80 0℃时电导率0 1 2 6S·cm-1,氧离子迁移数 0 .99.     

Sm, Pr掺杂CeO2和CeMoO15基固体电解质的结构与性能

采用溶胶凝胶法制备了Sm和Pr掺杂的CeO2和CeMoO15基固体电解质, 通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对氧化物结构进行了分析, 用交流阻抗谱测试了其电性能, 并比较了不同基体及其掺杂体系的结构与电性能. 结果表明, Ce6MoO15基掺杂体系的导电性能高于CeO2基掺杂体系; 元素Mo的加入使Ce6MoO15基材料的晶粒尺寸增大, 晶界相成分减少, 材料的晶界电导率增加, 600 ℃以下材料导电性能明显提高; Pr的掺入减小了材料的晶粒尺寸, 提高了材料的晶界电导率.     

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 .     

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.     

固体氧化物燃料电池Cr毒化La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)阴极机理

从电化学阻抗谱和阴极极化等方面对Cr毒化La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)阴极机理进行了研究.     

中温燃料电池阴极材料la0.6sr0.4fe0.8co0.2o3的合成与性能

固体氧化物燃料电池;阴极材料;溶胶-凝胶法     

BaCe0.9Nd0.1O3-δ柠檬酸盐法合成、表征及其在中温区的电导率

A precursor of BaCe_0.9Nd_0.1O_3-δ solid electrolyte was synthesized by the sol-gel method and sintered at 1400℃.The obtained gels and powder were characterized by differential and ther mogravimetric thermal analysis(TG-DTA),X-ray diffraction(XRD), transmissi on electron microscopy(TEM).Using the sintered samples as solid electrolyte and silver-palladium alloy as electrodes,electrical conductivities under different gas ambiences at intermediate temperature (400～600℃) were measured. In moist hydrogen atmosphere, the conduction is a little higher than that of dry hydrogen atmosphere. In hydrogen atmosphere, proton conduction may predominate, leading to an increase in conductivity and a decrease in activation energy.     

新型ITSOFC复合电解质氧化铈-硫酸盐的制备和表征

制备了一种适用于中温固体氧化物燃料电池的新型两相复合电解质钐掺杂二氧化铈SDC-(Li/Na)₂SO₄. 使用XRD和SEM表征该复合电解质的物相结构和观察电解质片的截面形貌,交流阻抗法测量其400 ^oC ～ 700 ^oC的电导率. 结果表明,SDC-(Li/Na)₂SO₄由结晶相SDC和无定形相(Li/Na)₂SO₄组成. 在中温范围（500 ^oC ~ 700 ^oC）该复合电解质电导率比SDC显著增大并随温度升高呈三段变化：T<500 ^oC,表观离子传导活化能为1.28 eV;500 ^oC ～ 550 ^oC第二相硫酸盐融化,电导率激增;T≥550 ^oC,电导率又缓慢增加,活化能降为0.30 eV,与SDC和文献报道的SDC-(Li/Na)₂CO₃相比,其电导率均显著提高,如550 ^oC时SDC-(Li/Na)₂SO₄的电导率可达0.217 S·cm^-1,分别为SDC和SDC-(Li/Na)₂CO₃的25倍和3.2倍. 硫酸盐的熔融改变了离子在电解质中的传导机制,显著提高了SDC-(Li/Na)₂SO₄复合电解质的中温电导率.     

纳米晶固溶体Ce0.8Nd0.2O2-δ的合成与表征

利用溶胶 -凝胶法合成纳米晶固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ.XRD测试表明 ,胶体经 2 0 0℃烧结处理就可以得到晶粒尺寸为 7.2 nm的纳米晶 ,随烧结温度的升高 ,晶粒尺寸增大 .EPR测试给出固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ存在少量的 Ce3 +离子 .在纳米晶固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ的 Raman光谱上观察到两个峰 ,低频的强峰为特征F2 g振动谱带 ,高频谱带的出现与样品中存在氧缺位有关 .固溶体晶粒尺寸的减小不但使 F2 g振动谱带红移 ,而且谱带明显宽化 .复阻抗谱的测量表明 ,固溶体 Ce0 .8Nd0 .2 O2 -δ具有氧离子导电特性 .4 0 0和 50 0℃时的电导率分别为 4 .55× 1 0 -4 和 2 .65× 1 0 -3 S· cm-1,活化能为 0 .82 e V     

BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)的溶胶-凝胶法合成及其电性能

用溶胶-凝胶法合成了BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)固体电解质前驱体，并以低 于通常固相反应150～250 ℃的温度（即1400～1500 ℃）进行了烧结。以烧结体样 品为固体电解质、多孔性铂为电极，组成氢及氧浓差电池、氢-空气燃料电池，测 定了BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-α)烧结体的质子和氧离子迁移数以及燃料电池的性 能，并与高温固相反应法合成的样品进行了比较。结果表明，烧结温度能显著影响 溶胶-凝胶法合成样品的质子迁移数及燃料电池性能。烧结温度≥ 1450 ℃时，质 子迁移数近似为1，燃料电池性能亦较高，烧结温度< 1450 ℃时，质子迁移数< 1 ，燃料电池性能亦较低。在1400～1500 ℃烧结的样品中，1450 ℃下烧结的样品具 有最高的电池性能，接近于高温固相反应法合成的样品。     

Ce1-xGdxO2-x/2的溶胶-凝胶法合成及其性质

利用溶胶-凝胶法合成了Ce₁-xGdxO_2-x/2(x=0.1～0.6)系列固体电解质,系统地研究了其结构、热膨胀系数和导电性.XRD结果表明,160℃即完全形成立方萤石结构.由于溶胶-凝胶法合成的物质粒度均匀,颗粒小,故在较低温度(1300℃)时即可形成高致密样品,此温度明显低于传统的高温固相法烧结温度(1600～1650℃).高温X射线衍射测得Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的热膨胀系数为8.125×10^-6K₁.阻抗谱表明,溶胶-凝胶法合成可减少或消除固体电解质的晶界电阻,600℃时Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的电导率为5.26×10^-3S/cm,活化能E_a=0.82eV.     

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。     

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.     

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).     

La0.8Sr0.2-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ的合成与电性能

利用X射线衍射 (XRD)、差热 热重 (DSC/TG)与直流四探针测试分析方法研究了少量Ca取代LaCoO3 中部分La的合成过程及对其电导率的作用。采用固相反应合成的La0 .8Sr0 .2 -xCaxCo0 .9Fe0 .1 O3 -δ(LSCCF ,0≤x≤ 0 1)氧化物为单一钙钛矿相 ,其烧结过程可以分为 3个阶段 :即反应原料的变化 ;LaCoO3 基氧化物的生成 ;LSCCF固溶体的形成。LSCCF复合掺杂材料电导率的最大值都超过了 10 0S·cm- 1 ,其导电机制可以用p型小极子的绝热空隙理论来解释     

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Gd0.8Sr0.2Co1-yFeyO3-δ（y=0～1）,所合成的初始粉体在800℃下煅烧12h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体。研究发现,Gd0.8Sr0.2CoO3-δ（GSC）的电导率在600℃时达到了559S&#183;cm^-1,由Ce0.8Gd0.2O2-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&#183;cm^2和0.064Ω&#183;cm^2,活化能仅为87.8kJ&#183;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Gd0.8Sr0.2CoO3-δ/GDC复合阴极材料。     

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。     

Mo掺杂对高纯Ce1-xNdxO2-x/2(x=0.10, 0.15)体系烧结温度及晶界电性能的影响

用柠檬酸硝酸盐法制备高纯Ce1-xNdxO2-x/2(x=0.10, 0.15)固溶体, 加入摩尔分数为5%的Mo, 研究了Mo掺杂对烧结温度、结构及电性能的影响. 通过X射线衍射、电感偶合等离子体和场发射扫描电镜等手段对氧化物进行了结构表征, 采用交流阻抗谱测试其电性能. 柠檬酸硝酸盐法制备的前驱体经1450 ℃烧结24 h得到致密度大于96%的陶瓷材料; 加入5%Mo, 在1250 ℃下烧结8 h即可达到理想的致密度(>95%). 加入Mo在烧结过程中可加快晶界迁移, 促进晶粒生长, 显著提高了晶界电导率. 在600 ℃时Ce0.85Nd0.15O1.925的晶界电导率为2.56 S/m, 加入Mo后材料的电导率增加到5.62 S/m.