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.     

Ba0.9Sr0.1Ce0.9Nd0.1O3-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。     

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。     

Ba0.95Ce0.9Y03-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.     

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.     

Ba0.95Ce0.9Y0.1O3-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680mA.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。     

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60 0～ 10 0 0℃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 60 0～ 10 0 0℃下干燥空气中 ,陶瓷样品的最大电导率为 0 .0 2 6S·cm-1,氧离子迁移数为 0 .0 3～ 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 .0 15S·cm-1.60 0～ 80 0℃时 ,陶瓷样品的质子迁移数为 1,是一个纯的质子导体 ,而在 90 0～ 10 0 0℃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     

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.     

SrCe_(0.95)Y_(0.05)O_3-δ在中温区的电化学性质及其在常压合成氨中的应用

SrCe0.95Y0.05O3-δ是一种高温质子导体，本研究采用溶胶—凝胶法合成了 SrCe0.95Y0.05O3-δ纳米粉体，并以该粉体烧制得固体复合氧化物电解质陶瓷，测 定了其在中温区间(400-600℃)的电导率，结果表明不同气氛对其电导率有很大影 响．用该陶瓷在固态质子传导电他中常压下以氮气和氢气为原料合成了氨，并研究 了影响氨合成的关键因素，确定了合适的工作温度，在常压下480℃时氨的产率可 达10^-9mol/(s.cm^-2)以上．     

BaCe_(0.8)Zr_(0.1)La_(0.1)O_(3-α)陶瓷的制备和电性能研究

以高温固相反应法制备了BaCe0.8Zr0.1La0.1O3-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干燥空气和湿润空气中的离子迁移数;研究了材料的离子导电特性。结果表明,该陶瓷材料为单一钙钛矿型BaCeO3斜方晶结构。在500～900℃下,干燥和湿润的氧气、空气和氮气中,材料的电导率随着温度升高和氧分压增大而增大。在干燥的空气中,材料的氧离子迁移数为0.06～0.17,表现为氧离子与电子空穴的混合导电性,其中,电子空穴导电为主导。在湿润的空气中,材料的质子迁移数为0.52～0.01,氧离子迁移数为0.14～0.27,表现为质子、氧离子和电子空穴的混合导电性,其中,在500～550℃下,质子导电为主导;高于550℃,电子空穴导电为主导。     

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。     

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.     

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。     

BaxCe0．8Sm0．2O3—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-x,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Ba^2 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Ba^2 离子含量对样品的氧离子迁移数无明显影响。     

Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-α的离子导电性

用高温固相反应法制备了Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α，X–射线衍射表明，该材料为单相钙钛矿型斜方晶结构。以该材料为固体电解质，多孔性铂为电极，用气体浓差电池方法和交流阻抗谱方法分别测定了材料在600 ~ 1000℃温度范围，潮湿氢气、干燥和潮湿的空气中的离子迁移数和电导率，研究了该材料的离子导电性，并与BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α作了比较。结果表明，在600 ~ 700 ℃、潮湿氢气中，Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α是纯的质子导体，质子迁移数为1；在800 ~ 1000 ℃，是质子和电子的混合导体，质子迁移数为0.97 ~ 0.93。而BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α在潮湿氢气中几乎是纯的质子导体，在600 ~ 900 ℃，质子迁移数为1；在1000 ℃，质子迁移数为为0.99。在600 ~ 1000℃温度范围内、干燥的空气中，它们都是氧离子和电子空穴的混合导体，氧离子迁移数分别为0.24 ~ 0.33和0.17 ~ 0.30；在潮湿的空气中，它们都是质子、氧离子和电子空穴的混合导体，质子迁移数分别为0.11 ~ 0.00 和0.09 ~ 0.01，氧离子迁移数分别为0.41 ~ 0.33和0.27 ~ 0.30。在潮湿的氢气和空气中，在600 ~ 800 ℃温度范围内，Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α的质子电导率高于BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α，但在800 ~ 1000 ℃温度范围内，Ba_0.95Ce_0.8Ho_0.2O_3-α的质子电导率则低于BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α。在600 ~ 1000 ℃温度范围内、潮湿和干燥的空气中，氧离子电导率总是高于BaCe_0.8Ho_0.2O_3-α。     

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。     

Sn0.9Mg0.1P2O7的中温离子导电性

采用固相法合成了Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇, 用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)测试方法对样品进行了表征. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相SnP₂O₇结构. 采用多种电化学方法研究了样品在中温范围内(323-523 K)质子和氧离子导电性. 样品在湿润氢气气氛中423 K下, 电导率达到最大值5.04×10^-2 S·cm^-1. 该样品在氢气气氛中的离子、质子、氧离子和电子迁移数(N_t)分别为0.95-1.00、0.84-0.96、0.04-0.10和0.00-0.05, 该样品在氢气气氛中几乎是一个纯离子导体, 其中, 质子导电为主, 同时具有一定的氧离子导电和少量的电子导电. 以该样品为燃料电池固体电解质, 组装氢气/空气燃料电池, 在398、423和448 K时最大输出功率密度分别为18.7、27.7和33.9 mW×cm^-2.     

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。     

BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α陶瓷的制备及其电性能

以高温固相反应法合成了BaCe0.5Zr0.4La0.1O3－α陶瓷. 粉末XRD结果表明, 该陶瓷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. 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干燥空气、湿润空气和湿润氢气气氛中的离子迁移数, 研究了材料的离子导电特性. 结果表明, 在500～900 ℃下, 干燥或湿润的气体气氛中, 随着温度升高和氧分压增大, 材料的电导率均增大. 在干燥空气中, 陶瓷材料的氧离子迁移数为0.685～0.147, 是一个氧离子与电子空穴的混合导体. 在湿润空气中, 陶瓷材料的质子迁移数为0.001～0.006, 氧离子迁移数为0.618～0.164, 是一个质子、氧离子和电子空穴的混合导体. 在湿润氢气中, 500～700 ℃温度范围内, 陶瓷材料的质子迁移数为1, 是一个纯的质子导体; 而在800～900 ℃温度范围内, 陶瓷材料的质子迁移数为0.957～0.954, 是一个质子与电子的混合导体, 质子电导占主导.