制备条件对NiO/SDC阳极基体上LSGMC膜性能的影响

以未完全晶化的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3-!(LSGMC)为原料,用胶体沉积法在NiO/SDC阳极基体上制备出LSGMC膜。用X射线衍射方法(XRD)、直流四端法和扫描电子显微镜(SEM)研究制备条件对LSGMC膜相成分、电学性能和表面形貌的影响。研究结果表明,阳极基体煅烧温度对LSGMC膜的电学性能具有强烈的影响。LSGMC膜经1400℃烧结10h具有较高的电学性能和致密性。1400℃烧结10h的LSGMC膜800℃时的电导率达到0.97S/cm。研究还表明,由于LSGMC膜在制备过程中,阳极基体中的Ni扩散到LSGMC膜中,引入了电子电导,因此导致NiO/SDC阳极基体上LSGMC膜的电导率明显增大。     

低温SOFC的SDC-碳酸盐复合物电解质

采用钐掺杂的氧化铈(SDC)-碳酸盐复合物作为低温固体氧化物燃料电池电解质。分别采用燃烧法和共沉淀法制备SDC,记为NSDC和CSDC。将这两种SDC分别与Li2CO3-Na2CO3二元共熔物复合制备了SDC-碳酸盐复合电解质材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电导率测试对两种复合电解质材料的结构、形貌和电性能进行了表征,并考察了燃料电池输出性能。结果表明,氧化物的制备方法影响复合电解质的形貌和电性能;复合大大提高了电解质的电导率,复合电解质的电导率在碳酸盐熔融点附近突然增大;NSDC-碳酸盐复合物具有更高的电导率,以H2和空气为燃料和氧化气体的电池性能测试显示,600℃时开路电压为1.02V,最大比功率为473mW/cm2。     

Al包覆三元前驱体Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2的性能

根据非均匀成核理论,以Al_2(SO_4)_3为铝源、氨水为沉淀剂、草酸铵为络合剂,用湿法沉淀法在Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)(OH)_2颗粒表面形成一层包覆膜。草酸铵的加入,能改善Al(OH)_3易团聚、包覆颗粒之间易粘连的缺点,降低包覆对材料振实密度和粒度的影响。当草酸铵与硫酸铝物质的量比为3∶1时,可形成均匀致密的包覆层。当Al含量为1%时,形成壳状包覆结构;Al含量为0.5%和0.3%时,分别形成网状和点状包覆结构。     

Ce_(0.8)Y_(0.2)O_(1.9)电解质的制备及性能

以金属硝酸盐为原料,碳酸钠为共沉淀剂制备了电解质材料Ce0.8Y0.2O1.9(20 YDC),并对其性能进行了研究。XRD测试表明碳酸盐前躯体经600℃煅烧处理即可得到萤石结构氧化物,TEM观察煅烧后的粉体为分散性较好的球形纳米颗粒。对700℃煅烧的粉体冷压成型后进行烧结性能的研究,SEM分析和致密度的测量表明经1 400℃烧结4 h致密度能达到95%以上。利用两端子交流阻抗谱法在400～700℃空气气氛中测量了电解质的电性能,1 400℃烧结的20YDC电解质在700℃和600℃的电导率分别为0.04、0.015 S/cm,电导活化能为0.85 eV,表明其有望应用于中低温固体氧化物燃料电池。     

类钙钛矿复合氧化物La_(2-x)Sr_xNiO_4的合成及电学性能

采用柠檬酸硝酸盐燃烧法合成了La2-xSrxNiO4(LSN)阴极材料,并系统地研究了LSN的热膨胀性能、电子电导率,并考察了基于Ce1.8Sm0.2O1.9(SDC)电解质的LSN电极极化性能.结果表明,自燃烧产物经1 000℃煅烧2 h形成了单一的K2NiF4结构,25～800℃范围内,LSN材料的热膨胀系数在13.7×10-6～14.3×10-6K-1. La1.4Sr0.6NiO4电子电导率最高,为151.5～155.7 S/cm(600～800 ℃).极化测试结果显示,未掺杂的LSN具有最小的极化电阻(0.48Ω·cm2,800℃),电流密度为0.3 A/cm2时,过电位约为0.083 V.     

共沉淀法合成La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-)及其性能表征

以金属硝酸盐、氨水为沉淀剂,采用化学共沉淀法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-"(简称LSCCF,x=0.05,0.10,0.15,0.20)粉料。借助差示扫描量热法-热重分析法(DSC-TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对600℃,800℃,1000℃热处理4h后LSCCF粉料的形成过程、晶体结构和粒度形貌进行了研究。实验结果表明,LSCCF粉料的形成过程分为4个阶段——脱水阶段、分解阶段、LaCoO3基氧化物形成阶段和LSCCF固溶体形成阶段;适宜热处理制度为800℃下保温4h,且制备出的LSCCF粉料为均一的钙钛矿结构。使用直流四极探针法测定了LSCCF样品在空气气氛下的电导率,发现该体系材料在600～800℃范围的电导率都超过了250S·cm-1,其导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,且能够满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料的要求。     

烧绿石型锆酸镧B位掺杂电学性能研究

通过固相反应法,用M2O3(M分别为Er、Yb、Sc、Y、Gd)掺杂锆酸镧,研究了La2Zr2-xMxO7-δ的电学性能,用扫描电镜和X-射线衍射仪对试样的微观结构和物相进行了分析,500～1000℃范围内在干氢气、湿氢气和空气气氛下测量电导率.实验结果表明,随着x的增加电导率也增大,当x=0.4时电导率达最大值,x值继续增加时电导率降低.在掺杂离子中,Yb掺杂的La2Zr2O7具有最大的电导率,700℃质子电导率为0.001 S/cm.还研究了烧结时间对电导率的影响,烧结时间越长电导率越大.     

IT-SOFCs阴极材料Sm_(0.8)La_(0.2)Ba_(1-x)Sr_xFe2O_(5+δ)的制备与表征

采用EDTA-甘氨酸联合络合法制备层状钙钛矿材料Sm0.8La0.2Ba1-xSrxFe2O5+δ(x=0,0.25,0.50)。通过对材料晶体结构,显微形貌,电导率和电化学性能的分析,探索其作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的可行性。结果表明:Sr部分取代Ba并未改变材料有序层状结构。Sr的掺入提高材料电导率,随着掺入量提高,600~800℃平均电导率分别为18.35,24.85和48.20 S/cm。材料极化电阻随Sr掺入而稍微增大,较之常见无钴阴极仍较理想。700℃时,单电池功率密度分别为219.7,299.5和258.9 m W/cm2。作为初步研究成果,可知Sm0.8La0.2Ba1-xSrxFe2O5+δ,特别是x=0.25时,可以成为有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

石榴石型Li_7La_3Zr_2O_(12)固体电解质改性的研究进展

固体电解质作为全固态锂电池的核心,引起了广泛的研究兴趣。石榴石型Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质具有较高的离子电导率、较高的机械强度、较低的界面电阻和较好的化学稳定性,介绍了LLZO在固态锂电池中的应用,阐述了结构改性(掺杂和添加烧结助剂)和工艺优化(烧结气氛、特殊烧结工艺和薄膜化)对其晶体结构、离子电导率及致密度的影响。对LLZO固体电解质目前存在的问题进行了探讨和总结,这对于该类固体电解质发展具有重要的意义。     

熔盐法和柠檬酸盐法对LSCF烧结活性的影响

分别采用熔盐法和柠檬酸盐法制备了组成为La_(0.6)Sr_(0.3)Co_(0.3)Fe_(0.7)O_(3-δ)的固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极粉体材料,对比了二者的烧结活性,并对粉体粒度分布和表面活性进行了表征。结果发现柠檬酸盐法合成的粉体具有更高的烧结活性。粒度分析实验表明柠檬酸盐法合成粉体的一次颗粒尺寸比熔盐法大约小了一个数量级;吸附性能实验表明柠檬酸盐法合成的粉体具有更强的吸附能力。较小的颗粒尺寸和较高的粉体表面能使得柠檬酸盐法合成的粉体具有更高的烧结活性。     

Sr(Ce0.5-xZr0.5-x)Dy2xO3-x质子导体材料的制备及电性能研究

采用固相法合成了具有质子导电性能的Sr(Ce0.5-xZr0.5-x)Dy2xO3-x(2 x=0.1、0.15、0.2、0.25),采用差热-热重分析(DTA-TG)研究粉体的预合成制度,通过X射线衍射光谱法(XRD)对合成产物的结构进行了分析,采用排水法测定了试样的烧结密度,利用四探针法测定了材料在湿氢气气氛400～1 000 ℃下的电导率,研究了温度及掺杂量对材料电性能的影响.研究表明,Dy掺杂锆铈酸锶具有钙钛矿型结构,400～1 000 ℃时材料的电导率随温度的升高逐渐升高,并且当掺杂量2 x≤0.2时,电导率随掺杂量的增加而增大,当掺杂量2 x＞0.2时,电导率反而下降.当2 x=0.2,测试温度为1 000 ℃时,材料的电导率达到最大,即1.6×10-2 S/cm.     

磷灰石结构电解质La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)的合成及电性质

以La_2O_3和SiO_2为原料,采用凝胶注模工艺合成了具有磷灰石结构晶相的固体电解质材料La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)(x=0,0.5).通过X射线衍射光谱法(XRD)对所得化合物的结构进行表征.在300～800 ℃的温度范围内,利用电化学阻抗谱详细研究了La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)陶瓷的烧结温度和La元素的含量对La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)电导率的影响.结果表明:陶瓷样品的烧结温度对其电导率的影响较大,La_(10)Si_6O_(27)的电导率随着陶瓷样品烧结温度的上升而提高,1 650 ℃烧结的La_(10)Si_6O_(27)在800℃电导率为3.46×10~(-2) S/cm,约是1 550 ℃烧结样品的6倍.La_(9.5)Si_6O(26.25)的电导率随着陶瓷样品烧结温度上升呈先上升后下降的变化趋势,当烧结温度高于1 600℃时,晶粒和晶界内有大量未知相析出,这可能是导致其电导率反而下降的直接原因.     

共沉淀结合高温烧结法合成Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2

以金属硫酸盐为原料、Na_2CO_3为沉淀剂、NH_3·H_2O为络合剂,采用共沉淀结合高温烧结法合成锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2。XRD、SEM和电化学性能测试结果表明:在800℃下烧结10 h可获得颗粒分布均匀、层状结构明显且电化学性能良好的产物。在2.0~4.8 V充放电,电流为30 mA/g时的最高放电比容量为247.4 mAh/g;电流为300 mA/g时,首次和第50次循环的放电比容量分别为199.3 mAh/g、190.4 mAh/g。     

Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态电解质的制备及表征

固态电池是未来电池技术发展方向之一,而固态电解质是研究固态电池的重点。采用溶胶凝胶法和固相法制备Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LATP)作为固态电解质。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、交流阻抗法对不同烧结工艺条件下的LATP玻璃-陶瓷粉的结构、形貌和电导率进行分析表征。结果表明,通过溶胶凝胶法和固相法合成的样品都具有钠离子快导体(NASICON)结构(空间结构群R-3C),结晶程度良好,粒径均匀,晶粒之间相连形成纳米多孔结构。固相法制备的样品呈现立方颗粒形态。溶胶凝胶法制备的样品电导率总体都高于固相法制备的样品。     

SmxGd0.2-xCe0.8O1.9电解质材料的制备及性能研究

固体氧化物燃料电池是一种高效洁净的新型电化学能源,具有很大的开发潜力.采用溶胶-凝胶法制备了SmxGd0.2-xGe0.8O1.9(SDC)电解质,通过改变Sm与Gd的配比来研究不同组成SDC的电导率,目的是从中找出电导率较大的一组并对其进行性能研究,测试结果表明在800℃下 x=0.14的一组有最高电导率,其电导率值...     

以TEA和PAA为分散剂的水基流延SDC

分别以三乙醇胺(TEA)和聚丙烯酸(PAA)为分散剂,用水基流延法制备Sm2O3掺杂的CeO2(Ce0.8Sm0.2O1.9,SDC)陶瓷,研究了pH值对SDCζ电位的影响,分析了SDC生坯的物理性能。TEA和PAA分散的SDC,最大ζ电位绝对值分别为62 mV和49 mV,TEA分散的生坯在基板上铺展得更好,外观更均一,显微结构更均匀、致密,TEA和PAA分散的生坯,相对密度分别为51.7%和46.2%,极限抗拉强度分别为1.25 MPa和1.06 MPa。TEA是SDC陶瓷较好的水基流延分散剂。     

Mg掺杂对Li_(1.17)Mn_(0.48)Ni_(0.23)Co_(0.12)O_2的影响

以氨水和NaO H为络合剂和沉淀剂,采用氢氧化物共沉淀法合成了锂离子电池正极材料Li1.17Mn0.48Ni0.23Co0.12-MgxO2(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05)。并利用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和电化学测试对其晶体结构、形貌和电化学性能进行了表征。研究表明:掺杂适量的Mg能够降低材料的阳离子混排度,改善材料的循环性能。Li1.17Mn0.48Ni0.23Co0.12Mg0.03O2具有最优的电化学性能,在0.1 C(1 C=358 mA h/g)下首次放电比容量为234.7 mA h/g,在0.1 C下循环10次后容量保持率为99.3%。     

新型ITSOFC阴极材料Ln_(0.7)Sr_(0.3)CoO_(3-δ)的合成与电性能研究

为降低制备阴极材料的成本、促进中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的工业化进程,采用混合稀土作为主要原料.外加SrCO3、CO2O3固相法制备了Ln0.7Sr0.3CoO3-δ(简:LnSC,Ln为混合稀土)复合氧化物.TG-DSC、XRD对LnSC材料的合成过程以及不同温度下烧结行为进行了研究,并考察了LnSC材料的电性能.结果表明:混合稀土促进了SrCO3在700～950 ℃的分解反应,同时在1100℃时新相Ln07Sr0.3CoO3-δ基本形成.1200℃烧结4 h后合成产物为CeO2立方萤石相与钙钛矿相的共存.该材料电导率在340℃时达到最大值638 S/cm,500～800 ℃时,电导率超过500 S/cm,其电导活化能为7.86 kJ/mol.满足ITSOFC对阴极材料的要求.     

沉淀剂浓度对LiCo_(0.05)Mn_(1.95)O_4性能的影响

以NaOH为沉淀剂,通过氢氧化物共沉淀法制备LiCo0.05Mn1.95O4,讨论沉淀剂浓度对产物电化学性能的影响。当沉淀剂NaOH浓度为4mol/L时,0.1C首次放电比容量为96.3mAh/g,首次循环的库仑效率为97.2%,产物的电化学性能较好。在3.0~4.3V循环,在最优条件温度为30℃、pH为10.2、沉淀剂浓度为4mol/L时制备的产物,0.1C首次放电比容量为120.1mAh/g,首次循环的库仑效率为95.7%。     

制备工艺对(ZrO2)0.90-(Y2O3)0.04-(CaO)0.06电解质材料电性能的影响

目前ZrO2基三元系材料的研究是固体电解质材料领域的一个热点.在关于ZrO2-Y2O3-CaO系统电解质材料电性能研究的前期工作的基础上,探讨了不同的制备工艺对(ZrO2)0.90-(Y2O3)0.04-(CaO)0.06材料的电导率的影响问题,发现:对于常规烧结的试样,其电导率随相对密度的提高而增大;与常规烧结相比,微波烧结能使材料具有更均匀的微观结构,更小的晶粒平均尺寸.较小的晶粒尺寸导致的较为显著的晶界效应是微波烧结试样的电导率有所降低的主要原因.由于微波烧结可以改善材料的力学性能,因此认为微波烧结是制备ZrO2-Y2O3-CaO系统电解质材料的一条有效途径.