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。     

Li_2CO_3对锂氧化物电极SOFC电化学性能影响研究

本文利用机械混合的方式将SrTiO_3与Li_2CO_3按照不同质量比混合制成了比例分别为95/5,90/10,70/30及100/0的STO-x%Li_2CO_3(x=0,5,10和30)复合电解质,并制备了结构为泡沫镍-Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)LiO_2(NCAL)/STO-x%Li_2CO_3/NCAL-泡沫镍的单电池。在550℃、H_2/Air气氛中的燃料电池性能测试结果显示在SrTiO_3电解质中以机械混合的方式加入Li_2CO_3后电池的最大功率密度随着碳酸锂的添加量增加而降低,而且在电解质中没有混合Li_2CO_3的SrTiO_3电解质电池取得了最高的最大输功率密度,说明以机械混合的方式在SrTiO_3电解质中加入Li_2CO_3对这种新型结构SOFC的电化学性能没有提升作用。Ni-NCAL阳极在电化学性能测试过程中被还原生成的Li_2CO_3扩散到SrTiO_3电解质中形成的非晶层包覆在电解质颗粒表面对电解质离子电导率提升起到了关键作用。     

TZM 基体上制备 Al2O3 涂层的热冲击性能研究

单节热离子燃料元件为了保证接收极与冷却剂NaK合金及与其接触的装置绝缘,采用等离子喷涂方法在接收极钼钛锆合金(Mo-0.5Ti-0.08Zr,通用牌号为TZM)表面制备了Al_2O_3绝缘涂层。本工作对比研究了经过不同次数的高温(20℃—1250℃—20℃)热冲击后TZM基体上Al_2O_3涂层的相组成、表面形貌、涂层基体的结合强度及涂层表面应力状态。结果表明,热冲击后氧化铝涂层由γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3相混合全部变为α-Al_2O_3,涂层孔隙数量增多,涂层表面平整度下降,结合强度由21.1MPa下降到6.7MPa。涂层与基体的应力状态由拉应力转变为压应力。     

氧化铝焙烧及洗涤工艺探究

氢氧化铝焙烧是氧化铝生产工艺中的最后一道工序,本文以某氧化铝厂焙烧车间为研究对象,焙烧目的是在高温下把Al(OH)_3的附着水和结晶水除掉,从而生产出一种α-Al_2O_3和γ-Al_2O_3混合物,物理化学性质符合要求的氧化铝。氧化铝中含有KCl、NaCl、CaCl_2·2H_2O杂质,这些杂质属水溶性,可以通过水洗脱除、离心过滤机过滤浓缩、干燥机烘干进行去除,对氧化铝的纯度和品质有很大的提升,以便为电解铝工业提供高纯氧化铝原料。     

烧结助剂Al_2O_3与Y_2O_3对固态锂离子电解质LLZO的锂离子电导率的影响

以Li_2CO_3,La_2O_3和ZrO_2为原料,分别添加Al_2O_3和Y_2O_3作为烧结助剂,制备锂离子固态电解质xAl_2O_3-Li_7La_3Zr_2O_(12)和xY_2O_3-Li_7La_3Zr_2O_(12)(分别简称为xAl_2O_3-LLZO和xY_2O_3-LLZO。x为摩尔分数,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5),研究Al_2O_3和Y_2O_3的添加量对LLZO的结构与锂离子电导率的影响。结果表明,在1 150℃烧结15 h时,Al_2O_3和Y_2O_3这2种烧结助剂都能稳定立方相石榴石结构LLZO。当Al_2O_3过量时,产生LaAlO_3杂相,当Y_2O_3过量时,产生Li_2ZrO_3和YO_(1.458)杂相。0.2Y_2O_3-LLZO在1100~1200℃范围内能形成稳定的立方相石榴石结构LLZO,并且在1 150℃烧结27 h不发生分解反应;LLZO的致密度和锂离子电导率都随烧结助剂含量增加而先增加后减小,Al_2O_3和Y_2O_3的最佳添加量x分别为0.2和0.3,所得0.2Al_2O_3-LLZO的致密度与离子电导率分别为94%和1.78×10~(-4)S/cm,0.3Y_2O_3-Li_7La_3Zr_2O_(12)的致密度与离子电导率分别为96%和5.23×10~(-4)S/cm。     

控制片状α-Al_2O_3粉体形貌影响因素的研究

如何能获得形貌规则,粒径均匀,且无团聚和交错生长现象的六角形片状氧化铝粉体材料,一直是材料科学学者努力研究的方向。以Al_2(SO_4)_3·18H_2O制备得到的Al(OH)_3凝胶为前驱体,通过熔盐法制得了片状α-Al_2O_3粉体。在NaCl-KCl熔盐体系中,当盐料比为4:1,煅烧温度1200℃,保温4h时六角形片状氧化铝粉体大小均匀,有较大径厚比,且无团聚和交错生长的现象,在水中具有良好分散性能,平均粒径10μm左右。     

基于混合导电功能层的燃料电池研究

采用二次固相法合成具有层状结构的电子导电材料—LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2-δ)(LNCA),并将其与离子导电材料Sm掺杂CeO_2复合,获得具有电子-离子混合导电性的复合材料.并以此为功能层,构造了无电解质隔膜层燃料电池(Electrolyte Free Manbrane Fuel Cell,EFFC).研究了功能层的厚度以及电子-离子导电材料的比例对电池性能的影响,并阐述了影响机制.该电池在550℃下获得了937 mW·cm~(-2)的功率输出,且具备在更低温度下操作的可行性.     

复合烧结助剂中TiO_2对α-Al_2O_3陶瓷支撑体的性能影响

以α-Al_2O_3为骨料,采用挤压形制备单管式α-Al_2O_3陶瓷支撑体。主要研究烧结助剂TiO_2及其添加量对α-Al_2O_3陶瓷管支撑体性能的影响。分析了α-Al_2O_3陶瓷支撑体中TiO_2对支撑体烧结温度、晶相组成和微观形貌等的影响。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对成品进行表征。研究表明:TiO_2作为一种主要烧结助剂,明显促进支撑体烧结和致密性。当TiO_2的添加量为3.0%时,制备出的氧化铝支撑体样品的抗折强度为70.75 MPa,孔隙率为31.58%,纯水通量达到5 489.64 L/m2·h·MPa,酸/碱腐蚀重量损失率为1.88/1.60%。     

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。     

优异的催化剂载体材料——γ—氧化铝纤维

上海第二耐火材料厂采用胶体溶液离心成丝方法制得活性γ-氧化铝纤维。这是一种工艺简便、切实可行的成纤方法。制得的γ-Al_2O_3纤维中的Al_2O_3>95％,纤维直径3～5μ,长度100～300mm比表面积达到100m~2/g左右,是一种含渣球少,洁白,柔软,富有弹性的纤维,为我国填补了纤维载体的一项空白。γ-Al_2O_3纤维作为Pt、Pd催化剂载体用于可燃气体远红外催化燃烧是一种良好的载体材料,显示活性高,转化率高和高温下热稳定性好。同济大学将γ-Al_2O_3用于沼气催化燃烧红外幅射对粮食进行干燥,甲烷转化率达94％以上,比常用的(如高硅氧纤维)载体     

Recycling of High Ferrous Bauxite Reducing Slag for Synthesis of CaAl2 Si2 O8-Al2 O3-CaAl12 O19 Composite

CaAl_2 Si_2 O_8-Al_2O_3-CaAl_(12) O_(19)( CAS_2-Al_2O_3-CA_6) composite was synthesized through reaction sintering alumina and bauxite reducing slag.The CAS_2-Al_2O_3-CA_6 composite was mainly composed of α-Al_2O_3,CAS_2,and CA_6.Gehlenite( Ca_2Al_2 SiO_7,C_2AS) phase was effectively transformed to CAS_2 and CA_6through high-temperature reaction sintering under weak oxidizing atmosphere at 1400 ℃ for 4h.SEM( scanning electron microscopy) and EDS( energy dispersive spectroscopy) analysis indicated that black and needle-shaped Al_2O_3,rhombic or irregular polygonal-shaped Fe Al_2O_4,and glassy phase Ca_2Al_2 SiO_7disappeared after the reaction sintering.The light gray and flaky hexagon crystals of Ca Al_(12)O_(19)(10μm) and the grainy particles of Al_2O_3( 2-7μm) were observed in the CAS_2-Al_2O_3-CA_6 composite.The gray crystals of CAS_2 act as the binding phase and are distributed around CA_6 and Al_2O_3.CAS_2-Al_2O_3-CA_6 composite exhibits high refractoriness and service temperature,which are 1650 ℃ and 1450 ℃,respectively.Reaction sintering of alumina and bauxite reducing slag is a feasible method for the synthesis of CAS_2-Al_2O_3-CA_6 composite.     

Cr/Al_2O_3涂层制备工艺与发光性能研究

采用烧结破碎法可制备适用于热喷涂的Cr/Al_2O_3的粉末,分别采用大气等离子喷涂和火焰喷涂制备了Cr/Al_2O_3发光涂层,研究了粉体和不同喷涂方法制备的涂层组织形貌、相结构及发光性能。结果表明:所制备的Cr/Al_2O_3粉末呈现α-Al_2O_3的单相结构;火焰喷涂涂层呈现粉红色,表面粗糙度Ra 8.8μm和孔隙率21.5%,涂层以α-Al_2O_3相为主;等离子喷涂的涂层呈现灰白色,较低的表面粗糙度Ra 6.1μm和孔隙率8.3%,涂层以γ-Al_2O_3相为主;粉体和两种涂层均可呈现红宝石单晶R线发射,发射峰为693nm和694nm。     

不同喷涂工艺对Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层相结构及发光性能影响研究

通过火焰喷涂工艺和等离子喷涂工艺制备了Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、荧光光谱仪等方法表征了涂层的微观形貌、孔隙率、相结构及发光性能等。对比两种不同工艺制备的Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层性能结果表明:等离子喷涂制备的涂层形貌、颗粒熔化状态、厚度均一性均优于火焰喷涂涂层,但火焰喷涂工艺涂层的发光性能远优于等离子工艺涂层,其原因是火焰喷涂制备的涂层中Al_2O_3粒子的熔融状态更差,保留了更多的α-Al_2O_3相,未熔粒子部分将以喷涂原粉中稳定的α-Al_2O_3结构存在涂层中进而影响其光学性能。     

溶胶-凝胶法制备氧化铝纤维的组织结构与晶化动力学

以异丙醇铝和九水硝酸铝为铝源,去离子水为溶剂,聚合物A为纺丝助剂,采用溶胶-凝胶法制备氧化铝长纤维,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FR-IR)等,对纤维的形貌和组织结构进行观察与分析,并结合kissinger-akahira-sunose(KAS)法、flynn-wall-ozawa(FWO)法和Starink法研究纤维的结晶动力学。结果表明:凝胶纤维的直径约为4~7μm,纤维形貌良好,无明显开裂;当纤维以10℃/min的速率从室温加热至1 200℃时,纤维在800~900℃间由非晶相转变为γ-Al_2O_3,在1 100℃以上温度下γ-Al_2O_3转变为α-Al_2O_3;通过KAS法计算得到氧化铝纤维由非晶相转变成γ-Al_2O_3的激活能为412.1 kJ/mol,由γ-Al_2O_3向α-Al_2O_3转变的激活能为422.3 kJ/mol,与Starink法和FWO法的计算结果吻合良好,验证了KAS法计算结果的精确有效性。     

Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)@TiO_2异质结构电解质研究

半导体与离子导体形成的异质结构可以极大地增强材料的离子电导率,其两相界面能为离子传输提供较好的通道。以TiO_2与Ce0.8Sm0.2O1.9 (samarium doped ceria, SDC)为研究对象,分别通过湿化学法和干混法构造了两种不同的异质结构复合材料。研究表明,利用湿化学法制备的SDC@TiO_2异质结构复合材料(简称SDC@TiO_2)作电解质的燃料电池在550℃下最大输出功率密度为761 mW·cm-2,比用干混法制备的SDC-TiO_2异质结构复合材料(简称SDC-TiO_2)作电解质的燃料电池的最大输出功率密度高21%。与SDC-TiO_2相比,SDC@TiO_2具有更丰富的两相界面。电化学阻抗谱显示,以SDC@TiO_2材料作为电解质的电池具有更低的欧姆电阻和极化电阻。     

α-Al2 O3的含量对轻质氧化铝空心球 陶瓷力学性能的影响

轻质氧化铝空心球陶瓷作为极有发展前途的高温隔热材料,α-Al_2O_3的含量对其力学性能有重要影响。以合理级配的氧化铝空心球为骨料,加入不同比例的α-Al_2O_3微粉和325#莫来石,通过试验测定其物理性能,确定α-Al_2O_3微粉和325#莫来石的最优配比。试验数据显示,当α-Al_2O_3的添加量为30%时,制品的常温抗折强度和常温耐压强度最大,达到12.58 MPa;热震稳定性达到最高,其保持率为0.98%。     

低钙石灰烧结法处理粉煤灰高效提取氧化铝研究

为解决石灰烧结法配钙量高、渣量大和氧化铝回收率低等问题,提出了低钙石灰烧结法从脱硅粉煤灰提取氧化铝的新工艺,并研究了不同配钙比和碱铝比对熟料烧结行为、粉化性能和氧化铝浸出性能的影响。结果表明:低钙石灰烧结法处理粉煤灰烧结熟料主要物相组成为12CaO·7Al_2O_3和γ-2CaO·SiO_2,并含有少量CaO·Al_2O_3、2Na_2O·3CaO·5Al_2O_3、2CaO·Al_2O_3·SiO_2和β-2CaO·SiO_2;提高钙铝比有助于2CaO·Al_2O_3·SiO_2向12CaO·7Al_2O_3和γ-2CaO·SiO_2的转化,从而提高氧化铝浸出性能和熟料粉化性能;提高碱铝比促进2CaO·Al_2 O_3·SiO_2向12CaO·7Al_2O_3和2Na_2O·3CaO·5Al_2 O_3的转化,有利于提高氧化铝的浸出性能,但过高的碱铝比增加熟料中的β-2CaO·SiO_2含量,从而降低熟料粉化性能;在1 350℃烧结1 h的条件下,当钙铝比为1.20、碱铝比为0.15时,脱硅粉煤灰烧结熟料氧化铝浸出率达到90%左右。     

β(β″)-Al_2O_3固体电解质制备及应用研究进展

主要综述了β(β″)-Al_2O_3电解质粉末的两种制备方法:固相反应法和湿化学法,介绍了这两种合成方法的几种制备工艺。同时,综述了β(β″)-Al_2O_3电解质陶瓷在储能电池、热力学研究以及传感器等方面的应用情况。     

沸腾钢中铝脱氧产物

对炼钢温度下含有溶解氧的溶铁、氧化铝(Al_2O_3)和铁尖晶石(Fe Al_2O_4)之间的反应,进行了试验研究。1600℃(2910~0F),氧与氧化铝(Al_2O_3)和铁尖晶石(FeAl_2O_4)平衡时的浓度是0.058％。高于此浓度时,其脱氧产物为铁尖晶石,而低于此浓度时,形成氧化铝。提出了脱氧图,以说明温度对这些平衡的影响,并试图找出此图与实践中观察到的性状的关系。     

Nd_2O_3掺杂的HfO_2高k栅介质薄膜ALD制备及性能研究

采用原子层沉积技术(ALD)制备了Nd_2O_3掺杂的HfO_2高k栅介质薄膜(Hf-Nd-O),通过X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜中元素的成分、结合能及化学计量比,分析了Nd_2O_3掺杂后薄膜中氧空位浓度和界面层成分的变化;通过测量薄膜的光致发光(PL)图谱,比较了Nd_2O_3掺杂前后铪基薄膜中的氧空位浓度变化,分析了Nd_2O_3掺杂对HfO_2薄膜中氧空位浓度的影响;通过高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)研究了薄膜厚度及形态;制备了Pt/HfO_2(Hf-Nd-O)/IL/n-Si/AgMOS结构,应用半导体参数测试仪得到薄膜的电容-电压(C-V)和漏电流密度-电压(J-V)特性曲线。结果表明,Nd_2O_3掺入HfO_2薄膜后,整个铪基薄膜体系的氧空位减少,Hf-O键的结合能提高,Hf和O的原子比更接近理想的化学计量比(1∶2);在同样物理厚度与界面制备工艺条件下,Nd_2O_3的掺入使得MOS结构的饱和电容值提高,EOT降低,V_g=(V_(fb)+1)V时,Nd_2O_3掺杂的HfO_2薄膜的漏电流密度为8.7×10~(-3)A·cm~2,相比于纯HfO_2薄膜的3.5×10~(-2)A·cm~2有明显降低,电学性能整体得到提高。