固相法合成La2Ni0.5M0.5O4+δ(M=Co,Cu)材料及电性能

使用金属氧化物La2O3,NiO,CuO和Co2O3作为原料,固相反应法能够合成出具有K2NiF4型结构单一相的、且晶粒尺寸在35～50nm范围的La2Ni0.5M0.5O4 δ(M=Co,Cu)粉料,用XRD、SEM和直流四极探针电导测试法研究了合成La2Ni0.5M0.5O4 δ(M=Co,Cu)粉料的煅烧工艺条件和掺杂元素对电性能的影响以及粉料的颗粒形貌.随着煅烧温度的升高和保温时间的延长,晶粒尺寸在不断长大;合成的粉料在1300℃烧结5h后所有样品的电导率在空气条件下于100～800℃范围内都在增加.掺杂C0或Cu后的材料La2NiO4 δ的电导率均有增加,但掺杂Co后材料电导率要大于掺杂Cu的电导率.为此确定La2Ni0.5M0.5O4 δ(M=Co,Cu)类粉料固相法合成的适宜煅烧条件为1400℃下保温时间14h.     

Ca2+和Sr2+共掺杂钴铁酸镧的合成及电性能

以金属硝酸盐为原料,氨水为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-x CaxCo0.9 Fe0.1 O3-δ(简称: LSCCF,x= 0. 05、0.10、0. 15、0. 20)系列纳米晶粉料。TG DSC、XRD和SEM研究了LSCCF粉料的合成条件、晶体结构和颗粒粒度形貌。实验表明: LSCCF 粉料形成经过脱水、LaCoO3 基氧化物形成和LSCCF固溶体形成等过程;前驱体800℃处理4h就可形成单一钙钛矿型结构的固体氧化物。使用直流四极探针法在空气气氛下测试了1200℃烧结3h 后所有LSCCF 样品从100 ~800℃时的电导率,结果显示随着测量温度的提高,电导率逐渐增大,并在490℃时达到最大值,随后逐渐降低。490℃范围内,Ca2 和Sr2 共掺杂取代La3 进入晶格后,其导电机制符合小极化子绝热孔隙理论。而当Ca2 的掺杂含量x=0.10 或0.15 时,Ca2 和Sr2 共掺杂在450 ~ 800℃范围对LSCCF 的电导率产生“混合”效应,致使电导率值基本保持一致。且所有样品在600~800℃的电导率都超过400S/cm,满足阴极材料对电性能的要求。     

双相质子导体BaCe0.9Y0.1O3-δ/La1.95Ca0.05Ce2O7-δ的制备及性能研究

采用固相反应法成功制备了双相质子导体BaCe0.9Y0.1O3-δ/La1.95Ca0.05Ce2O7-δ(7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7)。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对样品的物相结构、微观形貌进行了表征,对样品在CO2和沸水中的稳定性进行了研究,并应用IM6e型电化学工作站测定了其在空气、氩气、湿润的4%H2/Ar 3种气氛从450～850℃的电导率。实验结果表明,不同比例复合的样品经1500℃烧结后均形成了明显的双相结构且获得了致密的烧结体。随着样品中La1.95Ca0.05Ce2O7-δ比例的增加,其对CO2和沸水的化学稳定性增加。在所研究的各种比例的复合材料中,BaCe0.9Y0.1O3-δ-La1.95Ca0.05Ce2O7-δ(3∶7)具有最高的电导率,850℃时在湿润的4%H2/Ar气氛下的电导率为2.49×10-2S/cm,电导活化能为1.13eV。     

Cu_(1.1)Mn_(1.9)O_4材料的组织及导电性和热稳定性的研究

通过固相和溶胶-凝胶法分别制备了尖晶石结构的Cu1.1Mn1.9O4粉末。Cu1.1Mn1.9O4材料750℃的电导率为30S/cm,室温~800℃加热和冷却有少量第二相溶入和析出,与SOFC阴极材料La0.8Sr0.2MnO3(LSM)在750℃/500h共烧时表现出很好的化学稳定性。     

Ln0.6Sr0.4 FeO3-δ(Ln=La、Nd、Ce)阴极材料的制备与表征

以甘氨酸-硝酸盐水溶液为前驱体合成了Sr掺杂的稀土铁酸盐Ln0.6Sr0.4FeO3-δ(Ln=La、Nd、Ce)粉体.对制备过程的化学键变化、样品的热稳定性、物相形成过程及导电性进行了表征.结果表明,甘氨酸-硝酸盐合成法成相温度低于1000℃.坯体烧结较粉状样品更有利于钙钛矿物相的形成,La0.6Sr0.4FeO3-δ及Nd0.6Sr0.4FeO3-δ坯体1000℃煅烧2h即可形成近乎单一的钙钛矿相(ABO3);Ce0.6 Sr0.4 FeO3-δ是CeO2立方萤石相和产物钙钛矿相共存,两相难分主次.合成样品低温下的导电行为符合小极化子导电机制;1200℃烧结的La0.6Sr0.4FeO3-δ样品在测试全温度范围内(450～800℃)电导率超过100S/cm,Nd0.6Sr0.4FeO3-δ在中温区(600～800℃)电导率＞60S/cm;Ce0.6Sr0.4FeO3-δ样品的电导率不理想.     

过渡金属元素掺杂对Sm0.1Ce0.8Ca0.1O1.9电解质材料性能的影响

采用柠檬酸-硝酸盐燃烧法制备了Sm0.1Ce0.79Ca0.1M0.01O1.9(M=Fe、Co、Ni)及未掺杂的Sm0.1Ce0.8-Ca0.1O1.9电解质粉体,将干压成型后的素坯于设定温度下烧结得到电解质陶瓷片,利用XRD和SEM分别对样品的物相和微观结构进行了表征,得到一些可以参考的研究结果。结果表明,经700℃热处理3h后的粉体以及1250℃高温煅烧的陶瓷体,均呈现单一的立方萤石相结构。SEM显示,过渡金属掺杂的3个样品素坯经过1250℃烧结5h后已经致密,阿基米德排水法测定其相对密度均在95%以上,表明Fe、Co、Ni的掺杂对改善SDC基电解质材料的烧结活性有明显的作用,Fe、Ni元素的添加对材料的电导率无明显影响。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba1-xSrxCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ的制备与性能研究

采用固相法合成Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和微观形貌进行了表征。XRD测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ样品经1000℃,烧结10 h后形成了立方钙钛矿结构。从样品的电镜照片看出样品具有均匀的孔隙率,电解质(Ce0.85Sm0.15O1.925)-阴极(Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ)之间的界面结合良好。电化学交流阻抗测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ中掺入Sr可以明显地降低阴极的极化电阻,随着Sr含量的增多,阴极的界面极化电阻(RP)先减少后增大,当Sr的含量x为0.2时Rp值最小。以Ce0.85Sm0.15O1.925(SDC)电解质为支撑体,Ni0.9Cu0.1-SDC为阳极,Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ为阴极的单电池的最大功率密度在600℃时达到155 mW/cm2。实验结果表明Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ材料是一种电化学性能较为优良的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox固体电解质材料敏感电学特性的研究

La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2Ox(LSGM)粉体在1000-1500℃烧结4 h得到不同LSGM样品,对各样品进行了各项物理和电学特性测试。结果表明,样品的线收缩率和相对密度随烧结温度的升高而增加,1500℃烧结4 h的样品达到最大的线收缩率和相对密度,分别为24.8%和97%。1250-1500℃烧结4 h样品物相单一,结晶良好,1000℃烧结4 h的样品则存在较多杂相。各样品的电导率随测试温度升高而增大,1400℃烧结4 h的样品在各测试温度下都具有最大的电导率,800℃时,其电导率约为0.093 S/cm。在此研究基础上,采用丝网印刷技术制备了基于LSGM的小孔扩散型极限电流氧传感器,并测得其I-V特性曲线和时间响应特性。结果显示,该传感器的I-V曲线存在较好的极限电流平台,且极限电流和氧浓度之间存在良好的线性关系。响应和恢复时间较短,分别为10-15 s和15-20 s,重复性较好。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln_(0.6)Sr_(0.4)Fe_(1-χ)Co_χO_(3-δ)的合成和性能表征

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln0.6Sr0.4Fe1-χCoχO3-σ（Ln=La,Pr;Nd,Sm和Gd）粉体.对其进行结晶学表征,分析氧含量和失重与温度的关系,并研究了其电导率随温度的变化规律及其与Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）电解质的化学相容性.实验表明,600～800℃;所有样品的电导率均高于100S/cm,其中Nd0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ的电导率高达600S/cm,并且与CGO电解质都具有良好的化学相容性.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Pr_(2-x)Sr_xCoO_(4+δ)的制备及性能研究

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Pr2-xSrxCoO4+δ(x=0.8,1.0,1.2).通过XRD、SEM、热膨胀法、直流四探针法、交流阻抗谱法和循环伏安法对该体系材料的晶体结构、热膨胀系数、电导率和电化学性能进行了研究.结果表明,合成的粉体均形成了单相K2NiF4结构,Pr0.8Sr1.2CoO4+δ与电解质材料Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)在1100℃空气气氛下混合烧结,未生成杂相.材料的热膨胀系数随着Sr含量的增加而升高.800℃时样品的电导率均大于100S/cm.随着Sr含量的增加,极化电阻减小,Pr0.8Sr1.2CoO4+δ在空气中的极化电阻最小,700℃为0.29Ω·cm2。     

La0.9Ba0.1Er0.85 Mg0.15O3-α的质子导电性及其在常压合成氨中的应用

采用微乳液法合成了La0.9Ba0.1Er0.85 Mg0.15O3-α固体电解质材料的共沉淀前躯体,通过初烧和烧结制得致密的La0.9Ba0.1Er0.85 Mg0.15O3-α陶瓷样品.XRD分析结果表明该样品已形成了单一的LaErO3钙钛矿斜方相结构.采用交流阻抗谱、氢浓差电池及氢的电化学透过等电化学方法研究了样品在500～1000℃下氢气气氛中的导电性质.结果表明,该样品在此条件下具有良好的质子导电性能.以该陶瓷样品为固体电解质,成功地进行了常压合成氨试验,氨的最高产率为1.2×10-9mol/(s·cm2).     

LiCo0.1Mn1.9O4的溶胶-凝胶法制备及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子蓄电池正极材料尖晶石LiCo0.1Mn1.9O4粉体,考察了烧结温度对其结构及电化学性能的影响.随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,首次放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差.700℃时烧结12h得到了性能较好的LiCo0.1Mn1.9O4粉体,在电流密度0.1mA/cm2,截止电压3.5～4.4V条件下,首次放电比容量为123mAh/g,稳定放电比容量达113mAh/g.     

改进的柠檬酸法制备 LSGM和 LSGMC8.5及其性能比较

用改进的柠檬酸法合成了具有钙钛矿结构的LSGM(La0.9Sr0.1Ga0.85Mg0.15O3-δ)和Co掺杂的LSGMC8.5(La0.9Sr0.1(Ga0.9Co0.1)0.85Mg0.15O3-δ).并从XRD、DTA-TG曲线、交流阻抗谱、电导率、密度和化学稳定性等方面比较了LSGM和LSGMC8.5的性能.从而探讨了Co掺杂对于LSGM性能的影响.结果表明相对于LSGM,Co的掺杂使立方钙钛矿结构的形成温度由1400℃降低到1300℃左右,离子电导率由3.85×10-2上升到5.38×10-2S/cm,密度由理论密度的95%上升到99%.因此Co的掺杂使LSGM的各方面性能都有了一定的提高,LSGMC8.5比LSGM更适合做中温SOFC的电解质材料.     

La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-α的柠檬酸盐法制备和表征

采用柠檬酸盐法制备了La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-α(LSGM)粉体材料.TG和DTA分析表明,凝胶在265～309℃下分解为相应的氧化物.XRD测试表明,凝胶在1300℃以上煅烧时,转变为简单立方钙钛矿结构的纯相产物.1450℃下烧结体的相对密度为88%,其复阻抗特性表明产物中没有明显的晶界过程,且在800℃下的电导率为2.1×10-2Scm-1,活化能为0.98eV.     

La0.3Sr0.7Fe0.7Cu0.2Mo0.1O3-δ钙钛矿超细陶瓷粉体制备与催化性能研究

采用溶胶低温燃烧法制备了单一组成的La0.3Sr0.7Fe0.7Cu0.2Mo0.1O3-δ(LSFCM)超细钙钛矿陶瓷粉体。用XRD,SEM以及TA等方法对粉体的物相、形貌、粒度以及导电性能等进行了表征。考察了LSFCM陶瓷粉体对甲烷部分氧化(POM)制备合成气的催化活性与稳定性。结果表明:溶胶燃烧粉末经800℃下煅烧4h可得到平均粒径小于35nm的立方钙钛矿结构LSFCM陶瓷粉体,相对密度为96.7%的LSFCM烧结体在空气气氛600℃温度下电导率达到26.27S·cm-1,在950℃、CH4/O2比为1.5~2.0时,甲烷转化率及一氧化碳与氢气选择性均达到90.0%以上;反应43h后虽产生少量积炭,但仍能保持钙钛矿结构,表明LSFCM粉体对甲烷部分氧化制合成气反应具有良好的催化活性和稳定性。     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln0.6Sr0.4Fe1-χCoχO3-δ的合成和性能表征

采用固相反应法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ln0.6Sr0.4Fe1-xCoxO3-δ（Ln＝La，Pr,Nd,Sm和Gd）粉体。对其进行结晶学表征，分析氧含量和失重与温度的关系，并研究了其电导率随温度的变化规律及其与Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）电解质的化学相容性。实验表明，600－800℃，所有样品的电导率均高于100S/cm，其中Nd0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3－δ的电导率高达600S／cm，并且与CGO电解质都具有良好的化学相容性。     

用溶胶-凝胶法合成La0.8Sr0.2CrO3 纳米粉料

以乙二醇为溶剂,柠檬酸为胶溶剂,用溶胶凝胶法合成La0.8Sr0.2CrO3纳米粉料,结果表明,柠檬酸与乙二醇的重量比为1：1．2,分解温度为800℃时粉料的平均粒径为10－40nm,比表面为98．5－102.5m^2/g, 在1200℃下即可获得单相钙钛矿结构的La0.8Sr0.2CrO3,在室温下1000℃之间,La0.8Sr0.2CrO3材料电导率的数量级为10^4-10^5sm^-1.     

Sc2O3掺杂ZrO2电解质材料的水热合成及其电性能

采用水热法合成了SSZ(Sc2O3掺杂的ZrO2)纳米粉体,经成型、烧结得到电解质烧结体.对样品晶相组成、微观形貌、结构进行了表征,并对烧结体进行了电性能分析.研究表明:所得粉体于1500℃下烧结4 h可形成致密度达97%的立方萤石结构烧结体,比传统固相方法和Sol-gel法低200℃以上.随烧结温度升高和Sc2O3含量的增加,SSZ样品的电导率先增加后降低,经1500℃烧结的8mol%Sc2O3-ZrO2样品在900℃时电导率为0.23 S/cm,800℃为0.13 S/cm,优于采用固相法、共沉淀法、Sol-gel等方法制备的同类材料.     

溶胶-凝胶法合成La0.9Sr0.1Ga0.8-xAlxMg0.2O3及其性质研究

利用溶胶-凝胶法首次合成了La0.9Sr0.1Ga0.8-xAlxMg0.2O3 (x=0～0.4)系列固体电解质,系统地研究了其晶体结构随Al含量的变化关系.XRD表明1000℃时可形成立方钙钛矿结构,此合成温度明显低于传统固相法所需合成温度(1300～1400℃),且当掺杂量x＞0.1时,即可分辨出杂相.电导率测试表明该体系的电导率与温度的关系是分区间符合Arrhenius定律的,且Al对LSGM中Ga的适量掺杂能有效地促进该体系的离子电导率.     

La0.8Sr0.2CoxFe1-xO3型氧扩散障层材料的制备及结构性能研究

采用共沉淀-凝胶方法制备La0.8Sr0.2CoxFe1-xO3(x=1.0、0、0.3)氧扩散障碍层材料的前驱体,分别用X射线衍射分析、透射电镜、扫描电镜和交流阻抗谱仪对三种不同粉体及其陶瓷结构和性能进行研究.结果表明:在870℃下焙烧制备的La0.8Sr0.2CoxFe1-xO3(x=1.0、0、0.3)粉末具有钙钛矿相结构,无硬团聚,颗粒大小在20～60 nm.此粉末经冷等静压250MPa成型后,在1120℃下烧结6h,La0.8Sr0.2CoO3和La0.8Sr0.2FeO3混合导体的电导率在10—1S/cm数量级,而La0.8Sr0.2Co0.3Fe0.7O3导电率最高达100 S/cm数量级.三种陶瓷都是电子电导远大于离子电导的混合导体,电导率最高值在200～300℃范围,偏向低温.