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。     

La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xFe_(0.8)Co_(0.2)O_3(0.1≤x≤0.2)阴极材料溶胶-凝胶法合成与表征

以硝酸盐为原料,外加一定量PVA的溶胶-凝胶法制备La0.7Sr0.3-xCaxFe0.8Co0.2O3(LSCFC,0.1≤x≤0.2)系列阴极材料,XRD、SEM对LSCFC晶体结构、微观形貌以及与Ce0.8Sm0.2O2电解质相容性进行研究分析。实验结果表明:900℃煅烧2h,LSCFC形成了晶格膨胀的畸变钙钛矿结构,La0.7Sr0.2Ca0.1Fe0.8Co0.2O3相对LaFeO3晶胞体积膨胀率为43.85%,随着x从0.1增大到0.2,LSCFC晶胞体积膨胀率减小1.3%。La0.7Sr0.2Ca0.1Fe0.8Co0.2O3粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质在1200℃下烧结5h后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。     

Sm2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的制备与性能

采用固相合成法制备了Sm2O3掺杂的(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BCZT)无铅压电陶瓷.借助XRD、SEM等手段对该陶瓷的显微结构与电性能进行了研究.结果表明,Sm2O3的掺杂降低了BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度并使居里温度点Tc从85℃提高到95℃.当Sm2O3掺杂量为0.02wt%～0.1wt%时,样品具有典型ABO3型钙钛矿结构.Sm2O3掺杂量为0.02wt%时,所得陶瓷样品具有最优综合电性能,其压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、介电损耗tanδ和介电常数εr分别为590 pC/N、0.52、43、1.3%和3372.     

SDC电解质致密化研究

以共沉淀-喷雾干燥法制备的Ce0.8 Sm0.2 O1.9(SDC)粉体为原料,模压成型后高温烧结获得SDC电解质陶瓷片.研究模压成型过程中加压时间、压力大小以及烧结温度对烧结体致密度的影响,利用XRD和SEM分别对不同烧结温度获得的烧结体结构和表面形貌进行分析.研究表明,压力30MPa、加压时间30min后获得的坯体,随着烧结温度的升高,烧结体致密度呈上升趋势,烧结温度达到1450℃时进入烧结后期,烧结体具有较高的致密度.此外,通过测定烧结过程中坯体收缩率,对SDC电解质陶瓷片的烧结动力学进行了研究,从而确定SDC电解质致密化的烧结温度为1300～1500℃.     

La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3-δCe0.8Sm0.2O1.9作为SOFC阳极材料的研究

较低的催化活性大大地限制了La0．85Sr0．15Cr0．9Ni0．1O3-δ-（LSCN）作为直接碳氢化合物燃料SOFC阳极材料的应用．本文尝试用Pechini法合成LSCN，并按重量比1：1向其中加入纳米Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）作为阳极材料．经1500℃高温烧结12h后，LSCN与SDC以及电解质YSZ仍可以保持各自独立的相结构．加入SDC没能提高阳极的电导率，但由于改善了阳极电解质界面的结合状况，扩展了电极反应的活性区域，使阳极材料的极化性能有了提高．显微结构观察品示．LSCN-SDC阳极存甲烷与氧中使用时没有碳沉积现象．     

La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4+δ混合导体的合成与导电性能研究

采用氨基多羧酸配合物法合成La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4 δ超细粉料,对合成产物的结构和性能进行了表征.研究结果表明,配合物前驱体经900℃保温2h热处理即形成单一的K2NiF4结构,合成粉料的颗粒细小、均匀(约100nm).X射线衍射Rietveld分析结果显示,La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4 δ为正交结构(空间群为Fmmm).与La1.9Sr0.1NiO4 δ相比,La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4 δ表现出较好的烧结性能.与La2Ni0.9Cu0.1O4 δ相比,La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4 δ具有较高的总电导率.在1400℃烧结的La1.9Sr0.1Ni0.9Cu0.1O4 δ的相对密度达到95.3%,在600～800℃的测试温度范围内陶瓷样品的总电导率为78～99S/cm,在800℃的测试温度下陶瓷样品的氧离子电导率为2.0×10-2S/cm.     

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.     

锂离子电池正极材料Li1.12Ni0.8Mn0.1Co0.1O2的制备及电化学性能研究

采用高温固相法制备样品Li1.12Ni0.8Mn0.1Co0.1O2,采用XRD(X-ray diffraction)、SEM(Scanning electron microscope)、CV(Cycle voltammograms)和充放电循环等测试分析了材料的物理化学性质及电化学性能。XRD分析表明在合成温度为800℃时,所合成的产物为α-NaFeO2型的层状结构;SEM分析表明在合成温度为800℃时,产物为微小晶粒团聚成的球形颗粒。在40mA/g和2.5~4.3V的电压范围内,其首次放电比容量为184.1mAh/g,首次放电效率为85.9%。随着充放电次数的增多,材料的不可逆放电容量逐步减小,循环稳定性增强。循环20周后放电比容量仍能达到171.7mAh/g,容量保持率为93.26%。测试结果表明,800℃合成的正极材料Li1.12Ni0.8-Mn0.1Co0.1O2具有较高的放电比容量和优异的电化学稳定性。     

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。     

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.     

Cr掺杂Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.1Cr0.1O3-δ钙钛矿型膜的透氧性能研究

采用固相反应法合成了钙钛矿型Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xCrxO3-δ(x=0.00,0.10)透氧膜粉体。利用XRD和SEM研究了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xCrxO3-δ(x=0.00,0.10)的晶体结构和烧结性能,考察了在700~850℃范围内Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xCrxO3-δ(x=0.00,0.10)膜片的氧渗透性能。结果表明,它们均显示出优良的透氧性能,850℃时的透氧量分别为1.05mL/(min.cm2)、0.85mL/(min.cm2)。透氧稳定性的研究表明,Cr掺杂Ba0.5Sr0.5-Co0.8Fe0.1Cr0.1O3-δ在800℃时显示出较高的稳定性,证实用Cr离子部分取代Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ的Fe离子能明显提高钙钛矿的结构稳定性。     

La0.6M0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(M=Ca、Sr、Ba)的制备表征及电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备了纳米尺寸的La0.6M0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(M=Ca、Sr、Ba)系列粉体.BET测试表明,合成粉体的比表面积＞20 m2·g-1;XRD结果显示,GNP法合成粉体在燃烧阶段物相已初步形成,La0.6Ca0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LCFC)初粉经850℃热处理2h即转变为简单立方钙钛矿结构的纯相产物,1100℃下烧结体的相对密度即达95%,La0.6Sr0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LSFC)、La0.6Ba0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LBFC)初粉为双相结构,两者在低温段的烧结活性较LCFC差,1300℃以上相对密度接近95%.四端子法电导测试表明,掺杂样品的电导率较LaFeO3高2个数量级以上,700℃以下三者的电导率随温度的变化符合小极化子导电机理;800℃下LCFC的电导率＞50 S·cm-1,预示其可能成为IT-SOFC有实际应用前景的阴极材料.     

CaO对17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷的致密化及力学性能的影响

采用冷压-烧结技术制备了CaO掺杂的17Ni/(10NiO-NiFe₂O₄)金属陶瓷惰性阳极。研究了CaO的添加量和烧结温度对17Ni/(10NiO-NiFe₂O₄)金属陶瓷的物相组成、 致密度和力学性能的影响。结果表明, CaO含量在小于5.0wt%范围内, 烧结样品由Ni、 NiO和NiFe₂O₄组成。CaO掺杂对17Ni/(10NiO-NiFe₂O₄)金属陶瓷具有明显的助烧作用。当烧结温度为1250℃时, CaO掺杂量为1.0wt%的样品致密度达到最大值97.87%, 继续增加CaO掺杂量将导致材料致密度的下降。当烧结温度从1250℃提高到1350℃时, 当CaO掺杂量小于0.5wt%时, 样品的致密度随烧结温度的提高而增加; 当CaO掺杂量大于或等于0.5wt%时, 样品的致密度随烧结温度的提高而降低。提高烧结温度和添加CaO均能促进陶瓷相晶粒长大。样品在1250℃烧结时, 其抗弯强度在CaO掺杂量为1.0wt%时达到极大值为150.66MPa。     

BaMn_(0.5)Co_(0.5)Zr_(1.0)Fe_(10)O_(19)软磁陶瓷的微观形貌和磁性研究

用溶胶-凝胶法制备了Mn-Co-Zr离子共掺BaFe12O19的前驱体,经过后期烧结得到BaMn0.5Co0.5Zr1.0Fe10O19陶瓷,研究了烧结温度、预烧温度、球磨时间等对陶瓷微观形貌和磁性的影响。通过XRD、SEM和VSM等对样品进行性能表征,发现相比于纯M型钡铁氧体,掺杂M型钡铁氧体在相同烧结温度和预烧温度情况下,晶粒更细,而且饱和磁化强度更大。当预烧温度为1 000℃,球磨时间8 h,BaM铁氧体陶瓷的致密度、晶粒形貌和磁性能最佳,此时陶瓷饱和磁化强度为59 A·m2/kg,矫顽力5.01 kA/m,密度为4.73 g/cm3,满足在高频领域的应用。可见Mn-Co-Zr离子掺杂对M型钡铁氧体陶瓷的软磁化及其应用有决定性影响,同时掺杂使得产物颗粒粉体晶粒细化,活性增加。     

Bi2O3掺量对Li0.45Ni0.2Ti0.1Fe2.25O4铁氧体显微结构及磁性能的影响

采用氧化物法陶瓷工艺,在缺铁配方的基础上,制备不同Bi2O3掺量的Li0.45Ni0.2Ti0.1Fe2.25-δO4(δ=0.06)铁氧体样品。结果表明,添加Bi2O3没有在锂铁氧体中形成杂相,烧结后陶瓷样品物相组成单一,结晶状况良好;适量的Bi2O3能有效改善材料微观形貌,促进锂铁氧体的烧结致密化,有助于提高材料的饱和磁化强度4πMs和剩磁比R,降低矫顽力Hc。Bi2O3掺量为1.5%(质量分数)的样品具有较好的综合性能,表观密度d为4.72g/cm3,饱和磁化强度4πMs为2.3T,剩磁比R为0.853,矫顽力Hc为2.3×102 A/m。     

W型铁氧体BaCoZnRe0.1Fe15.9O27的制备及吸波性能研究

为研究稀土掺杂W型铁氧体材料的吸波性能,实验用溶胶-凝胶法制备了W型铁氧体BaCoZnRe0.1Fe15.9O27(Re=Ce、La、Nd),研究了Re3+掺杂对W型铁氧体性能的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析仪等分析其物相组成、形貌、磁性能和微波吸收性能.结果表明:制得的Re3+掺杂W型铁氧体为六角片状结构,呈顺磁性;当样品BaCoZnFe16O27中掺杂Re3+离子后,样品的晶粒尺寸变小,ε’减小,ε″增加,磁性能增强;BaCoZnNd0.1Fe15.9O27样品的饱和磁化强度(M s)值最大,其tanδ在10.1 GHz处达到最大值0.58,吸波性能在2~13 GHz内最好.     

高能球磨Al-Y203粉体固相反应制备YAG陶瓷的研究

用高纯Al粉体和Y2O3粉体(Al-Y2O3粉体)为原料采用固相反应法制备了YAG陶瓷. Al-Y2O3粉体高能经过球磨,煅烧生成YAG粉体,再真空烧结制备高致密YAG陶瓷.采用DTA-TG对球磨Al-Y2O3粉体进行分析,采用XRD、SEM对球磨的Al-Y2O3粉体、YAG粉体及YAG陶瓷进行了表征.实验表明:Al-Y2O3粉体在～569℃时,Al粉强烈氧化,并与Y2O3粉反应,600℃煅烧出现YAM相,随煅烧温度升高出现YAP相,1200℃煅烧生成YAG粉体.成型YAG素坯在1750℃保温2h真空烧结出YAG相陶瓷,YAG陶瓷相对密度可达98.6%,晶粒生长均匀,晶粒尺寸为8～10μm.     

Sm2(Zr0.9Ce0.1)2O7陶瓷的溶胶凝胶法制备及热导率

以Sm2O3,ZrO(NO3)2.2H2和Ce(NO3).6H2O为原料,采用溶胶凝胶法制备了Sm2( Zr0.9Ce0.1 )2O7陶瓷材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)技术研究了样品的相组成和微观组织,用激光脉冲法测试了样品的热扩散系数.结果表明,采用溶胶凝胶成功制备了具有单一的萤石结构的Sm2 (Zr0.9 Ce0.1)2O7纳米粉体,其颗粒大小均匀,但团聚较为严重,其平均热导率仅为YSZ陶瓷的70％,较低热导率表明该材料有潜力用作新型热障涂层用陶瓷材料.     

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。