无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展

目前,采用固体电解质代替传统电解液发展新型全固态锂离子电池,已成为解决电池安全问题、提高电池储能密度的一项重要的技术方法。固体电解质材料作为全固态锂电池的核心,它的性能很大程度上决定了电池的各项性能指标。迄今被研究过的无机固体电解质材料有很多,包括NASICON型、LISICON型、钙钛矿型和石榴石型等晶态固体电解质,和氧化物及硫化物等玻璃态固体电解质,其中石榴石型结构的Li_7La_3Zr_2O_(12)材料具有优异的综合电化学性能,使其更具实际应用潜力和研究价值。实验与理论计算结果表明该材料具有较高的锂离子电导率(10~(-4)～10~(-3)S·cm~(-1)),能与负极金属锂及大部分正极材料稳定接触,电化学窗口高达6 V。根据近年来国内外在该类材料上的研究现状,主要从Li7La3Zr2O12的晶体结构特征、制备方法及掺杂改性等方面进行了详细介绍,最后阐述了Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质材料在全固态锂电池中的发展前景及面临的挑战。     

钠离子电池Na3Zr2Si2PO12陶瓷电解质的喷雾干燥法制备及性能优化

目前钠离子电池采用的有机电解液存在易燃易爆等安全隐患,迫切需要开发高性能的固体电解质材料.其中NASICON型Na3Zr2Si2PO12电解质具有宽电化学窗口、高机械强度、对空气稳定、高离子电导率等优点,应用前景广阔.但已有研究的陶瓷生坯由于黏结剂包覆不均匀导致生坯内部气孔较多,难以烧成高致密、高离子电导的陶瓷电解质....     

La~(3+)、Nd~(3+)与非金属氮共掺杂TiO_2光催化剂的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ti O2、1%La/Ti O2、1%Nd/Ti O2和系列稀土La3+和Nd3+共掺杂Ti O2光催化剂,进而结合水热法制备了双稀土La3+、Nd3+和非金属氮共掺杂多元体系Ti O2光催化剂,并采用XRD、UV-Vis、SEM和XPS等测试手段对制备样品的微观结构、光谱学性能和离子掺杂形式进行了表征。研究表明,实验所制备样品均为锐钛矿型Ti O2光催化剂,稀土离子La3+或Nd3+的掺杂能有效抑制Ti O2颗粒尺寸的生长,而且双稀土离子的共掺杂更有效抑制Ti O2光催化剂颗粒尺寸的生长;非金属离子N的掺杂,能有效拓宽Ti O2光催化剂的光响应范围;多元体系Ti O2光催化剂中,稀土钕以+3形式掺杂,非金属氮以-3形式掺杂。实验以甲基橙为目标污染物研究其光催化性能,研究表明,所制备的光催化剂均有较高的紫外光光催化性能,其中样品1%(La∶Nd,1∶7),N/Ti O2的紫外光光催化性能最高,而且有较强的可见光光催化活性。     

EDTA溶胶-凝胶法制备LSGM8282和LSGMF5及其性能比较

采用EDTA络合溶胶-凝胶法合成了中温固体氧化物燃料电池的电解质LSGM8282(La0.8Sr0.2Ga0.8-Mg0.2O3-δ)和LSGMF5(La0.8Sr0.2 Ga0.8Mg0.15Fe0.05O3-δ),比较了LSGM8282和LSGMF5的比表面积、交流阻抗谱、电导率、密度、XRD和FT-IR等,研究了Fe掺杂对LSGM8282性能的影响.结果表明,Fe掺杂使LSGM8282离子的电导率由3.62×10-2S/cm提高到5.21×10-2S/cm,致密度由95.13%提高到97.93%.由此可见,Fe的掺杂使LSGM8282的各种性能均得到一定提升,LSGMF5比LSGM8282更适合作中温SOFC电解质材料.     

掺杂型固态电解质Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x(PO4)3的制备及其在锂硫电池中的应用

以LiNO_3、Al(NO_3)_3、ZrO(NO_3)_2、NH_4H_2PO_4、Ti(OC_4H_9)_4为原料,采用修饰的溶胶凝胶法制备出NASICON型固态电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3(LAZTP),通过烧结得到固态电解质片。研究了Zr~(4+)掺杂取代Ti~(4+)对固态电解质性能的影响。分别采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、电化学阻抗谱(EIS)表征了固态电解质的结构和电化学性能。结果表明,固体电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3在掺Zr量为x=0.1时具有最高的纯度、好的致密度(98%)和高的离子电导率(体电导率和总电导率分别为2.8×10~(-3)S/cm、1.4×10~(-3)S/cm)。将该样品用作锂硫电池的电解质并采用恒流充放电法测试电池的电化学性能,电池在50mA/g的电流密度下首次可逆容量为1187mAh/g,循环40次后可逆容量仍达990mAh/g,显示出比液态锂硫电池更好的充放电性能和循环稳定性。     

CeO_2掺杂对La_(0.7)Ca_(0.3)CrO_(3-δ)低温烧结及电导性能的影响

LaCrO3基固体氧化物燃料电池(SOFC)连接材料存在难以在空气中致密化烧结、中温电导率差等缺陷。本文利用自燃烧工艺(auto-ignition process)制备La0.7Ca0.3CrO3-δ高活性粉体,掺入2%～8%(质量分数)CeO2作为烧结助剂,在1 400℃空气气氛下烧结获得了95.4%以上的高致密度,并且随着CeO2掺杂量的增加晶粒逐渐细化;掺入2%CeO2时La0.7Ca0.3CrO3-δ烧结样品的电导率最高,在空气中850℃达到52.7Scm-1,500℃时也能达到41.9Scm-1,约为同等条件下未掺杂La0.7Ca0.3CrO3-δ电导率的2.5倍,完全能够满足中温固体氧化物燃料电池连接材料的使用要求。     

EDTA-柠檬酸络合法制备(Ce0.8Y0.2-xNdxO1.9)0.99（ZnO）0.01电解质材料及其性能研究

采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备了(Ce0.8Y0.2-xNdxO1.9)0.99(ZnO)0.01(0≤x≤0.2)系列电解质试样.通过热重、X射线衍射、扫描电镜、热膨胀测试和交流阻抗谱等方法对试样进行分析,着重研究了Y/Nd掺杂配比对CeO2基电解质材料电性能的影响.结果表明:采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备的试样均为单一的立方萤石型结构;添加1mol%的ZnO,在1350℃下能得到较为致密的(Ce0.8Y0.2-xNdxO1.9)0.99(ZnO)0.01系列电解质陶瓷片,其中(Ce0.8Y0.05Nd0.15O1.9)0.99(ZnO)0.01电解质试样表现出最高的离子电导率,其在750℃测试时的离子电导率为58.79 mS/cm;所有试样的热膨胀系数在(11.83~12.30)×10 6/K之间.     

8 mol%Yb2O3掺杂的ZrO2基固体电解质的电性能研究

研究了通过压坯烧结制备的8YbSZ(8 mol%Yb2O3掺杂的ZrZO2)致密固体电解质的电导率.初始粉体的较高活性、各组分分布的均匀性以及Al2O3的加入,使得陶瓷的烧结在1 400℃时几乎达到完全致密.随着烧结温度的进一步升高,离子电导率的变化不大,并且当烧结温度在1 450℃和1 550℃之间时达到最佳.8YbSZ烧结体具有较高的离子电导率,可以用作中温燃料电池的固体电解质材料.文中还对8YbSZ的老化进行了讨论.     

Sb掺杂Li_7La_3Zr_2O_(12)陶瓷的显微结构及离子导电性能研究(英文)

采用传统固相反应法制备了锑掺杂的锆镧酸锂固体电解质陶瓷。对陶瓷的晶体结构、显微结构及元素分布、离子电导率进行了研究。结果表明:少量锑掺杂可明显提高锆镧酸锂固体电解质陶瓷的离子电导率。1160℃烧结的锑掺杂固体电解质中,晶粒表面形成无定型的薄膜。此薄膜抑制了晶粒生长,消除了晶界上的气孔,提高了陶瓷致密度,提高了陶瓷的离子导电率。1160℃烧结得到的Li6.925La3Zr1.925Sb0.075O12陶瓷离子电导率高达3.40×10-4 S/cm。     

Gd_2O_3掺杂量对Ce_(1-x)Gd_xO_(2-δ)电解质导电性能的影响

在500～700℃时,Gd_2O_3掺杂CeO_2具有较高的离子电导率,从而被广泛应用于中温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)中。但在SOFC运行时,在电池的阳极侧Ce~(4+)会被还原成Ce~(3+),产生电子泄露现象,从而造成SOFC电池性能的衰减。采用溶胶-凝胶法成功制备Ce_(1-x)Gd_xO_(2-δ)(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,摩尔分数)固体电解质,研究不同Gd~(3+)掺杂量对GDC电解质总电导率和电子电导率的影响,同时对总电导率、电子电导率与温度、氧分压之间的关系进行分析。结果表明:测试温度为750℃、Gd~(3+)掺杂量为0.20时,GDC电解质的总电导率最大,达到8.59×10~(-2) S·cm~(-1);电子电导率随着Gd~(3+)掺杂量的增大而降低,当Gd~(3+)掺杂量为0.10、测试温度为750℃时,GDC电解质的电子电导率最大,为6.47×10~(-4) S·cm~(-1)。Gd_2O_3掺杂量为0.20的GDC电解质具有最高的总电导率和较小的电子电导率,从而突显出最高的离子电导率。     

石榴石型固体电解质Li7La3Zr2O12的掺杂改性及应用研究进展

使用固体电解质的固态锂电池在安全性和循环性等方面具有明显优势,已成为锂电池的重要研究方向。固体电解质类型众多,其中石榴石型固体电解质锆酸镧锂(Li_7La_3Zr_2O_(12))具有与金属锂接触稳定、电化学性能稳定等特点,在固态锂电池领域具有潜在的研究价值。综述了固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的掺杂改性,如Li位、La位、Zr位以及双位的掺杂改性,介绍了Li_7La_3Zr_2O_(12)在锂硫电池中的应用,指出了该材料面临的挑战并对其发展前景进行了展望。     

Bi2O3基固体电解质材料研究进展

从Bi2O2的结构和Bi2O3的掺杂研究两方面综述了Bi2O3基固体电解质材料的研究进展.有关研究表明:高电导率所对应的相是δ相,这是由其独特的结构特征所决定的;掺杂离子半径的大小、组成和掺杂量皆对Bi2O3基固体电解质的电导率和稳定性有着很重要的影响.尽管目前Bi2O3基固体电解质的氧离子导电性是所有正在开发的固体电解质中最高的,但是其热稳定性以及离子导电性都还有待于进一步改进.     

共沉淀法制备NASICON型Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3镁离子固态电解质

以硝酸镁(Mg(NO_3)_2·4H_2O)、醋酸锆(Zr(CH_3COOH)_2)、磷酸氢二铵((NH_4)_2HPO_4)为原料,采用共沉淀法制备得到了纯相的NASICON型Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3固态电解质材料,并通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电化学交流阻抗(EIS)对Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3固态电解质样品进行了表征。结果表明,采用无压烧结在750℃烧结制备得到的Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3固体电解质致密度最高,达到理论密度的90%,室温总电导率达到最大,为4.67×10~(-6) S/cm,此时,样品的激活能最小为0.098eV。研究表明Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3是较有前途的镁离子导电材料,对以后全固态镁离子电池的研发工作具有重要意义。     

Y2O3掺杂ZrO2基电解质材料的离子传导性能及研究进展

纯二氧化锆掺杂了与锆离子半径相近的低价阳离子后,会产生较多氧空穴,可以实现离子导电.其中Y2O3,掺杂ZrO2基电解质材料有着优越的离子传导能力,它已经被广泛的应用到传感器和固体电解质上.介绍了Y2O3掺杂ZrO2基电解质材料导电的机理,简述了YSZ材料以及多元掺杂的ZrO2基电解质材料的研究进展.     

ZnO对BaZr_(0.9)Y_(0.1)O_(2.95)-BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(2.95)复相质子导体烧结和电性能的影响

采用ZnO掺杂和与ZnO直接混合两种方式分别制备10 wt%BaZr0.9Y0.1O2.95-90 wt%BaCe0.86Y0.1Zn0.04O2.91(BZY-BCYZn)和10wt%BaZr0.9Y0.1O2.95-90wt%BaCe0.9Y0.1O2.95-ZnO(BZY-BCY-ZnO)复相电解质材料,比较ZnO的不同引入方式对BZY-BCY复相电解质烧结和电性能的影响。结果表明:ZnO掺杂制备的BZYBCYZn电解质材料具有更加致密的显微结构和更高的电导率,在1350℃烧结5h基本达到致密,在600℃湿润Ar条件下电导率达到7.3mS/cm。     

NASICON型无机固态锂离子电解质的研究进展

无机固体电解质由于其安全性能高,机械强度大等特点在锂离子电池行业潜力巨大,其中NASICON型无机锂离子电解质因电导率较高、稳定性好、种类繁多的优势备受研究者关注。主要从NASICON型锂离子电解质材料的晶体结构、制备工艺和掺杂改性方面综述了其目前的研究进展,对其未来的发展做出展望。     

Ti和Y双掺杂的BaCeO_3的制备和电性能研究

以BaCO3、CeO2、Y2O3、TiO2为原料,利用高温固相法制备了固体电解质BaCe0.8YxTi0.2-xO3-δ(x=0、0.05、0.07、0.1、0.15、0.20),并对其物相、微观结构、收缩率、烧结性、电导率进行了研究。通过改变掺杂Ti和Y的配比,来优化固体电解质的性能。结果表明,Ti和Y双掺杂的BaCeO3具有钙钛矿型结构;质子导体BaCe0.8YxTi0.2-xO3-δ的电导率随着Y的含量的增加而增加,而烧结性能随着Ti的含量的增加而越好;通过对样品的收缩率的研究,说明Ti的加入具有助烧的作用。     

离子液体掺杂型聚合物固体电解质的研究进展

离子液体掺杂型聚合物固体电解质具有良好的力学性能、离子电导率高、电化学稳定窗口宽、绿色环保、安全等优点,可望应用于锂离子电池、燃料电池、传感器、超级电容器等电化学设备中。简要介绍了以不同聚合物,如聚氧化乙烯(PEO)、聚氯乙烯(PVC)、丁腈橡胶(NBR)为基体,添加锂盐和离子液体制备离子液体掺杂型聚合物固体电解质的研究进展。     

镁离子电池固体电解质MgZrNi_(1.5)(PO_4)_3的实验研究

镁离子电池发展到现在,能够适合其多次充放电的稳定结构液相电解质至今没突破,使镁离子电池的发展应用严重受限~([1-2])。如有优良的固体电解质~([2-3])取代受限的液相电解质,镁离子电池的发展将上升一个维度。本实验的研究是通过溶胶-凝胶法合成镁离子电池固体电解质MgZrNi_(1.5)(PO_4)_3,用Ni~(2+)取代原有固体电解质MgZrNi_(1.5)(PO_4)_3中一部分Zr~(4+),通过加入镍离子加大原有固体电解质的电导率,同时能加大电解质原有容量。通过实验证明,经过溶胶-凝胶法并进行离子取代,制备出的镁离子电池固体电解质电导率较原有固体电解质有较大提高,810℃温度下合成后的样品,电导率达到6.2×10~(-6) S/cm,比未经离子取代的固体电解质Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3~([2]),电导率提高明显,为今后镁离子电池固体电解质的发展提供了重要参考。     

(La_(1-x)Yb_x)_2Mo_2O_9(x=0.06)陶瓷的制备及其电性能

采用XRD、SEM、电化学工作站等方法对高温固相反应法合成的(La1-xYbx)2Mo2O9(x=0.06)固体电解质材料的电性能进行了研究.粉末XRD结果表明,该样品为单一立方相La2Mo2O9结构.在测定温度范围内,不同气氛下的电导率随温度的升高基本呈线性增大,干燥氧气气氛下表现出较高的电导率,900℃时达到最大值0.066S/cm.(La1-xYbx)2Mo2O9(x=0.06)能完全抑制La2Mo2O9母体的相变.氧分压与电导率的关系表明样品在高氧分压气氛中是离子导体,在低氧分压气氛中是离子与电子的混合导体.