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.     

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…     

Ba_(0.95)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-α)固体电解质的氧离子导电性

0引 言 岩原于 1981年发现,某些以低氧化态金属阳离子掺杂的钙钛矿型 SrCeO3烧结体,在高温（ 600～ 1000℃）范围和水蒸气或氢气气氛中显示良好的质子导电性 [1],其后,又陆续发现,掺杂的 BaCeO3, CaZrO3, SrZrO3, BaZrO3等固体电解质亦具有良好的质子导电性 [2～ 5]。这些钙钛矿型氧化物陶瓷材料可用作中高温氢氧燃料电池,氢传感器,氢的电解制备、分离和提纯,有机合成的催化加氢和脱氢等能源变换及各种电化学装置的固体电解质,具有十分重要的应用价值及广泛的应用前景 [6～ 11]。 在相同条件下,掺杂的 BaCeO3陶瓷具有…     

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。     

Ba0.97Ce0.8Ho0.2O3-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.     

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.     

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。     

质子导体固体氧化物燃料电池的Ba_2Co_9O_(14)阴极材料

Ba2Co9O14(BCO)是一种新型的电子-氧离子混合导体,在氧离子导体的固体氧化物燃料电池(SOFC)中,其作为阴极材料的应用可能性已经得到证实,本工作探索BCO在质子导体SOFC中的应用可能性。采用固相反应法制备BCO粉体,研究BCO与质子导体电解质BZCY(Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ)之间的化学相容性,分析BCO-BZCY复合阴极在BZCY电解质上的电化学性能。当复合阴极中BCO的质量含量为70%时,阴极性能最佳,界面阻抗活化能为1.26 e V。以BCO-BZCY为阴极,Ni-BZCY为阳极,BZCY为电解质的阳极支撑型单电池,700℃时,单电池的极化阻抗为0.15Ω·cm2,最大功率密度为400 m W·cm-2。     

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。     

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).     

Ba0.9La0.1Ce0.7Zr0.2Nd0.1O3-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。     

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。     

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.     

Ionic Conduction in Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-α

Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-a was prepared by high temperature solid-state reaction. X-ray diffraction （XRD） pattern showed that the material was of a single perovskite-type orthorhombic phase. Using the material as solid electrolyte and porous platinum as electrodes, the measurements of ionic transport number and conductivity of Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-a were performed by gas concentration cell and ac impedance spectroscopy methods in the temperature range of 600---1000 ℃in wet hydrogen, dry and wet air respectively. Ionic conduction of the material was investigated and compared with that of BaCe0.8Ho0.2O3-a. The results indicated that Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-a was a pure protonic conductor with the protonic transport number of 1 during 600---700℃ in wet hydrogen, a mixed conductor of protons and electrons with the protonic transport number of 0.97--0.93 in 800---1000 ℃. But BaCe0.8Ho0.2O3-a was almost a pure protonic conductor with the protonic transport number of 1 in 600---900 ℃ and 0.99 at 1000 ℃ in wet hydrogen. In dry air and in the temperature range of 600---1000 ℃, they were both mixed conductors of oxide ions and electronic holes, and the oxide-ionic transport numbers were 0.24--0.33 and 0.17--0.30 respectively. In wet air and in the temperature range of 600---1000 ℃, they were both mixed conductors of protons, oxide ions and electronic holes, the protonic transport numbers were 0.11--0.00 and 0.09--0.01 respectively, and the oxide-ionic transport numbers were 0.41--0.33 and 0.27--0.30 respectively. Protonic conductivity of Ba0.95Ce0.8Ho0.2O3-a in both wet hydrogen and wet air was higher than that of BaCe0.8Ho0.2O3-a in 600--- 800 ℃, but lower in 900--1000 ℃. Oxide-ionic conductivity of the material was higher than that of BaCe0.8Ho0.2O3-a in both dry air and wet air in 600---1000 ℃.     

稀土电解质Ce0.9M0.1O2-δ(M=Pr,Nd,Sm,Gd,Dy)的制备与性能

用溶胶-凝胶法制备中温电解质材料Ce0．9M0.1O2-δ,(M=Pr，Nd，Sm，Gd，Dy)系列样品。X射线衍射分析表明，样品为单相立方萤石结构，晶胞体积随着M原子序数的增加而减小。高温阻抗测量表明样品Ce0．9M0.1O2-δ电导率最高。Ce0．9M0.1O2-δ系列样品随着M原子序数的增加热膨胀系数减小。     

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     

多层膜结构BaCe0.9Nd0.1O3-δ的制备及其在常压合成氨中的应用

用干压法制备了Ni-BaCe0.9Nd01O3-δ多孔金属陶瓷阳极,并在阳极基膜上制备出致密的BaCe0.9Nd0.1O3-δ固体电解质薄膜.薄膜的厚度约为40 μm,致密均匀.测定了多层膜结构BaCe0.9Nd0.1O3-δ在干燥氮气/湿润氢气气氛中的电导率,结果表明其电导率要比厚膜BaCe0.9Nd0.1O3-δ和SrCe0.95Y0.05O3-δ(SCY)要高.将多层膜材料用于固态质子传导电池中,在常压下以氮气和氢气为原料合成了氨气.结果表明,与SCY固体电解质比较,氨的产率提高了一个数量级以上.     

SrCe0.9Ho0.1O3-α陶瓷的质子导电性

以高温固相反应法合成了复合氧化物陶瓷SrCe0.9Ho0.1O3-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. 采用交流阻抗谱和氢浓差电池方法研究了样品在600～1000 ℃下湿润氢气中的质子导电性能. 结果表明,在氢气气氛中600～1000 ℃范围,陶瓷样品质子迁移数约为1,几乎是一个纯质子导体,质子电导活化能为61.0 kJ·mol-1,最大质子电导率为1.6×10-2 S·cm-1,该样品在此实验条件下还具有良好的化学稳定性.     

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