改进固相法制备钙钛矿结构La1-x Srx Ga1-y Mgy O3-δ及其性质研究

采用改进固相法合成了具有钙钛矿结构的中温固体电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM),用TG-DTA和X射线衍射仪分析了LSGM材料中钙钛矿相的形成过程,利用SEM、交流阻抗谱等检测技术,对LSGM电解质结构及电性能进行表征.XRD分析表明,随着温度的升高,粉体中杂相含量越来越少,在1450℃烧结后形成了单一的钙钛矿相结构.交流阻抗谱检测表明,烧结样品具有稳定的离子电导性能,在800℃时,电导率约为6.8×10-2S/cm.     

La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ阳极材料的固相合成及导电性能研究

采用固相法制备固体中温氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ(LSCM), 用X射线衍射(XRD)分析了LSCM材料中钙钛矿相的形成过程, 直流四探针对合成材料的导电性能进行了研究, 碘量法测定了材料中的非化学计量值. 结果表明: 固相法制备所得到的产物分别在1250和1350 ℃下烧结15 h都能得到单一的钙钛矿相;对LSCM样品导电性能研究表明, 其电导率随温度的升高而增加, 在850 ℃时空气气氛下的电导率可达22.04 S·cm-1;LSCM系列材料的电导率随着氧的非化学计量值的增加而提高. 用丝网印刷方式, 制备以LSCM为阳极, La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ(LSGM)为电解质, La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ(LSCF)为阴极的单电池, 并对其性能进行测试, 最大功率输出密度约100 mW·cm-2.     

锂空气电池固体电解质Li_(1+x)Al_xTi_(2-x)(PO_4)_3的制备研究

以Li_2CO_3、Al_2O_3、TiO_2、NH_4H_2PO_4为原料,采用固相烧结法制备锂空气电池固体电解质Li_(1+x)Al_xTi_(2-x)(PO_4)_3(LATP),研究了不同x值、不同烧结温度对电解质性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)对所制备电解质的结构与性能进行表征。结果表明在x值等于0.2时得到纯相的LATP,最佳烧结工艺是350℃保温2 h,600℃保温2 h,1 000℃保温8 h,室温下的电导率为4.89×10~(-5)S/cm。     

Pr0.6 Sr0.4FeO3-δ钙钛矿结构材料的制备与表征

用甘氨酸．硝酸盐（GNP），Pechini，柠檬酸-硝酸盐（CNP）以及尿素-硝酸盐法（UNP）制备了Pr0.6Sr0.4FeO3-δ复合氧化物粉体，通过电感耦合等离子发射光谱（ICP），比表面积测试（BET），粒度分布、热重-差热分析（TG-DTA），傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）等手段对产物进行了分析和表征。结果表明：4种方法合成的粉体组成与Pr0.6Sr0.4FeO3-δ化学计量比一致；比表面积在9～27m^2·g^-1之间，粒度范围35～110nm，CNP法所得粉体的比表面积最大，UNP法最小；XRD结果证实，Pechini法制备的干凝胶粉在600℃下焙烧即可形成立方结构的钙钛矿相产物；PT-IR结果表明，GNP，CNP及UNP工艺合成的初级粉体中产物物相已基本形成；热分析结果预示，初级产物在1000℃下煅烧，均形成钙钛矿结构的单相固溶体。     

溶胶凝胶-自燃烧法制备Ce_(0.8)Y_(0.18)Fe_(0.02)O_(1.9)电解质材料及其性能研究

采用溶胶凝胶-自燃烧法合成了Ce0.8Y0.18Fe0.02O1.9纳米粉体,通过热重、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和交流阻抗谱等方法对试样进行研究。研究结果表明,采用溶胶凝胶-自燃烧法可直接合成纯相的具有立方萤石结构的固溶体Ce0.8Y0.18Fe0.02O1.9;合成粉体的平均粒径为10 nm~20 nm,具有高的烧结活性,在1400℃的烧结温度下,陶瓷样品的相对密度可达到97%;Ce0.8Y0.18Fe0.02O1.9电解质的离子导电性能良好,在600℃和800℃测试温度下,其电导率分别达到12.38 mS/cm和46.81 mS/cm。     

NASICON型固体电解质Li1.1Y0.1Zr1.9(PO4)3的SPS烧结及性能

采用溶胶-凝胶法合成NASICON型固体电解质Li_1.1Y_0.1Zr_1.9(PO₄)₃粉体.研究了不同烧结方式对Li_1.1Y_0.1Zr_1.9(PO₄)₃电解质的性能影响.通过差热分析仪分析前驱体的热性能,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、交流阻抗仪对固体电解质的物相、结构及电化学性能进行表征.结果表明,溶胶-凝胶法成功制备出纯相的NASICON型Li_1.1Y_0.1Zr_1.9(PO₄)₃,并且颗粒均匀;相比传统的无压烧结,SPS烧结明显提高了样品致密度(致密度达94.38 %),室温离子电导率高达8.99×10-5 S/cm.      

热压烧结制备Li3/8Sr7/16Ta3/4Hf1/4O3钙钛矿型固体电解质

采用热压烧结制备了Li_3/8Sr_7/16Ta_3/4Hf_1/4O₃钙钛矿型固体电解质, 研究了不同烧结方式对样品性能的影响。通过X射线衍射仪表征材料的晶体结构, 扫描电子显微镜观察组织形貌, 交流阻抗仪测试电化学性能。结果表明:样品为立方KTaO₃相, 热压烧结成功合成了钙钛矿结构固体电解质, 相对于常压烧结, 热压烧结制备的样品孔隙更少, 晶粒之间结合更加紧密, 致密度高达94.0%, 离子电导率为4.33×10-4S·cm(T=298K).      

YCrO_3电解质固体氧化物燃料电池制备及性能研究

采用溶胶–凝胶法制备YCr_(0.9)M_(0.1)O_3(M为Cr和Co)两种材料粉体,用共压法在370MPa压强下制成单电池。XRD结果显示1 000℃下煅烧的两种粉体都形成了很好的钙钛矿结构相,无明显杂相生成。电池横断面的SEM图显示电池内部电解质层较为致密,无断裂和分层现象。离子过滤法研究结果证明YC电解质中的载流子应该是氧离子。YCC电解质电池在550℃取得了197.97mW/cm2最大功率密度。对YC粉体材料进行XPS表征发现其表面存在氧空位,且经过燃料电池性能测试后的YC电解质材料表面的氧空位浓度显著增加。Co的掺杂提高了YC粉末的表面氧空位浓度,这应该是YCC电解质电池性能较高的原因。     

Sm0.5-x Gdx Sr0.5CoO3-δ阴极材料的制备及其性能表征

采用固相法制备了钙钛矿型氧化物Sm0.5-xCdxSr0.5CoO3-δ(x =0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)粉体.利用XRD分析材料的物相组成,用热膨胀仪测定了材料的热膨胀系数.利用交流阻抗法测试了Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/SDC复合阴极的极化电阻.结果表明,粉体在1200℃热处理6h后形成正交钙钛矿型结构;从室温到800℃范围内,材料的平均热膨胀系数TEC为11.43×10-6℃-1～14.35×10-6℃-1,掺杂Gd3+以后Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ样品的热膨胀系数比Sm0.5Sr0.5 CoO3-δ样品的热膨胀系数略有增加.800℃时,复合阴极的极化电阻随x的增大先减小后增大,在x=0.1时,最小为0.05Ω;所有样品的极化电阻随测试温度的升高而降低.     

IT-SOFC电解质Ce0.8Sm0.2O1.9的制备与性能

采用柠檬酸硝酸盐法合成出钐掺杂的氧化铈电解质Ce0 8Sm0 2O19(SDC)粉体,XRD结果显示该粉体为单相萤石结构.将粉体干压成型,在1400℃下烧结10 h可得到高致密度电解质.通过烧结实验,分析样品的烧结温度和密度,并测量其热膨胀曲线.以Ce08Sm02O19作为电解质组成单电池,在850℃其最大输出功率密度为106 mW/cm2.     

La_(0.8)Zn_(0.2)MnO_3固体电解质的制备及导电性能

以Mn(NO3)2、La(NO3)3.6H2O和Zn(NO3)2.6H2O为原料,通过溶胶-凝胶法制备单一钙钛矿结构La0.8Zn0.2MnO3(LZMO)。对合成后的LZMO凝胶进行自蔓延燃烧。XRD分析表明,高于873K煅烧后得到的LZMO,粉体形成了钙钛矿结构且没其他杂相。在673~973 K条件下,空气气氛中,用两端阻塞的交流阻抗方法研究了由1 073 K煅烧所得的钙钛矿材料LZMO离子导电性能,表明了该材料在中高温条件下已经具有了非常好的离子导电性能,673~973 K固体电解质的导电率为1.3×10-3~7.4×10-2Ω-1.m-1。应用Arrhenius公式对离子导电的活化能进行计算,求得离子导电活化能为70.17 kJ/mol。     

Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ/30%Ce0.9Gd0.1O1.95复合阴极的制备及性能研究

采用固相反应法制备了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Sm0.5-xGdxSr0.5CoO3-δ(SGSC),用溶胶-凝胶法制备了Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)电解质粉体。用X射线衍射仪、热膨胀仪及交流阻抗谱法分别对SGSC材料的结构、化学稳定性、热膨胀性质及SGSC/30%GDC阴极的电化学性能进行了研究。结果表明,经1100℃焙烧6 h的SGSC粉体均形成单相正交钙钛矿结构,SGSC与GDC电解质在高温下具有良好的化学相容性。随着Gd3+含量的增加,材料的热膨胀系数无规律性变化,极化电阻先减小后增加,在x=0.15时,以SGSC/30%GDC为复合阴极的极化电阻最小,750℃时,Rp=0.03Ω.cm2。     

溶胶凝胶-自蔓延燃烧法制备La1-xSrxMnO3纳米粉体

以乙二醇为溶剂,柠檬酸为络合剂,用溶胶凝胶-自蔓延燃烧法合成La1-xSrxMnO3纳米粉体.探讨了制备过程中的最佳成胶温度,pH值,烧结温度;利用X衍射分析了掺锶量对晶体结构的影响;用数字电桥测定了不同掺锶量的样品的电导率;运用热重和红外光谱对粉体的形成过程进行了分析.实验结果表明,最佳制备条件是:成胶温度65℃,溶液初始pH值1.5,烧结温度800℃;粉体的电导率随掺锶量增加而增大,以x=0.3最大;自燃烧后La1-xSrxMnO3钙钛矿结构已初步形成且掺杂后钙钛矿结构没有改变,但晶胞参数发生了一定的变化.     

高温质子导体BaCe0.90 Y0.10 O3-α的制备与性质

对不同球磨时间的BaC03,CeO2和Y2O3原料粉体进行固相反应,合成了不同粒度的BaCe0.90Y0.10O3-α粉体.将其冷压成型、高温烧结后,获得了不同致密度的BaCe0.90 Y0.10 O3-α样品.利用激光粒度分析、差式扫描量热-热重、X射线衍射和扫描电镜技术研究了球磨时间对粉体粒度、合成过程、晶体结构及样品微观形貌的影响.结果表明:适度延长球磨时间,原料颗粒细化,BaCe0.90 Y0.10 O3-α的合成温度降低,合成粉体的粒度变小、分布变窄、比表面积增大,从而提高了烧结样品的致密度.利用电化学阻抗谱技术测量了原料球磨6 h和10 h的BaCe0.90 Y0.10 O3-α烧结样品在空气中573～1 073 K内的阻抗谱,并计算出其电导率分别为3.25×10-3～6.98×10-2 S·cm-1和5.46×10-3～7.20×10-2S·cm-1.在测试温度范围内,两种样品的电导率与温度的关系符合Arrhenius方程,电导激活能分别为0.39 eV和0.34 eV.提高烧结样品的致密度是降低电导激活能,提高导电性能的有效途径.BaCe0.90 Sm0.10 O3-α,BaCen0.90 Y0.10 O3-α和BaCe0.85 Y0.15 O3-α的电导激活能依次降低,符合理论预测.     

ZrO2基中温固体电解质材料的制备和性能研究

采用无机胶化工艺制备了球状的、分散性好且粒度分布较窄的几种ZrO2基粉末.经干压成型和烧结后制备成陶瓷质电解质材料.通过XRD显微结构等分析,显示所得的样品均为立方相结构.在1 450℃烧结的样品已近完全致密.1 450～1 550℃烧结的8YbSZ在450 ～700℃测试范围内具有比其他的ZrO2基材料更高的离子电导...     

高温质子导体BaCe0.90V0.10O3-α的制备与性质

对不同球磨时间的BaCO3,CeO2和Y2O3原料粉体进行固相反应,合成了不同粒度的BaCe0.90V0.10O3-α粉体．将其冷压成型、高温烧结后,获得了不同致密度的BaCe0.90V0.10O3-α样品．利用激光粒度分析、差式扫描量热-热重、X射线衍射和扫描电镜技术研究了球磨时间对粉体粒度、合成过程、晶体结构及样品微观形貌的影响．结果表明：适度延长球磨时间,原料颗粒细化,BaCe0.90V0.10O3-α。的合成温度降低,合成粉体的粒度变小、分布变窄、比表面积增大,从而提高了烧结样品的致密度．利用电化学阻抗谱技术测量了原料球磨6h和10h的BaCe0.90V0.10O3-α。烧结样品在空气中573～1073K内的阻抗谱,并计算出其电导率分别为3．25×10^-3～6．98×10^-2S·cm^-1和5．46×10^-3-7．20×10^-2S·cm^-1．在测试温度范围内,两种样品的电导率与温度的关系符合Arrhenius方程,电导激活能分别为0．39eV和0．34eV．提高烧结样品的致密度是降低电导激活能,提高导电性能的有效途径．BaCe0.90V0.10O3-α,BaCe0.90V0.10O3-α和BaCe0.85V0.15O3-α的电导激活能依次降低,符合理论预测．     

共沉淀-喷雾干燥法制备钴酸镧催化剂

以共沉淀-喷雾干燥法制备钙钛矿型LaCoO3催化剂,并比较了喷雾干燥及普通烘箱干燥对催化剂的影响。对合成的催化剂粉体进行了BET-比表面积、XRD、SEM、TPR-H2表征。结果表明,喷雾干燥所制备的前驱体在600℃焙烧即可得到单一钙钛矿相结构的催化剂粉体,形成钙钛矿结构的焙烧温度降低50℃~100℃。喷雾干燥方法制得的催化剂对甲烷燃烧反应的催化活性明显高于用普通烘箱干燥方法制得的催化剂,起燃温度为T10=394℃。     

固相反应合成La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ过程热力学分析

把合成La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ（LSCM）的物料进行混合、研磨和烧结。对合成过程中的各种物料行为进行分析，根据热力学数据△G和△H的计算结果，对物料之间可能发生的反应及产物分析预测，并根据吉布斯自由能最小原理，绘出不同温度下反应体系中组分的种类及含量图，确定合成LSCM的热力学条件。从热力学角度来看，钙钛矿在低温下就可生成，但是在低温下固相反应的动力学条件不足。用XRD，TC-DTA等检测手段对热力学分析结果进行了验证。实验结果显示，1000℃下烧结后，有较多钙钛矿生成，1250℃下烧结15h后得到了单一钙钛矿型材料。     

尿素燃烧法合成La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ及其性能表征

采用尿素燃烧法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ粉体.分别利用TG-DSC、XRD和SEM对产物的形成过程、晶体结构和显微形貌进行了研究.结果表明,La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ粉体的主晶相为钙钛矿结构,个别试样伴有少量杂峰.采用直流四端子法测试了烧结后试样在500℃～800℃范围内的电导率,实验结果表明,y=0时,样品的电导率最大,且随温度升高而单调下降呈金属型导电;其它样品(y=0.20,0.25,0.30,0.35,0.40)的电导率随温度升高而增大,符合小极化子导电机制;在测试温度范围内,材料的电导率均大于400S/cm.     

酸性条件下TiCl4水溶液水解原位合成尖晶石Li4Ti5O12

以TiCl4和Li4Ti5O12为原料,通过控制TiCl4水溶液水解条件,让Li^＋离子嵌入Ti的水解产物中,原位合成了尖晶石Li4Ti5O12。通过对粉体进行XRD分析表明,水解条件对合成材料的组成和性能影响较大,控制适宜的水解条件可以获得理想的纯相Li4Ti5O12。经过800℃烧结后对合成的Li4Ti5O12粉体进行SEM表征表明,低浓度TiCI。水溶液更有利于合成高分散性的Li4Ti5O12粉体。