中温固体氧化物燃料阴极La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ粉体的柠檬酸盐法合成及性能

以金属硝酸盐为原料,柠檬酸盐法合成了用于中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxC0.9Fe0.1O3-δ(LSC-CF,x=0.05、0.10、0.15、0.20)的前驱体,TG-DSC、XRD和SEM研究了LSCCF的形成过程、晶体结构、粉体形貌、催化性能以及与电解质的化学相容性,并在空气气氛下用直流四极探针法测试经1 200℃烧结3 h后LSCCF样品从100℃到800℃的电导率.实验结果表明800℃处理3 h后的LSCCF前驱体可以形成粒度小于20μm钙钛矿结构的粉体,LSCCF样品的电导率随着Ca2+含量的减少而变大,且在500～800℃内均大于500 S/cm.LSCCF粉料可使碳粉的着火点降低14℃并加剧了碳粉的反应.LSCCF阴极与电解质Ce0.8Sm0.2O2具有好的化学相容性.     

复合掺杂氧化物La0.7Sr0.15Ca0.15Co0.9Fe0.1O3-δ合成与电性能

采用共沉淀法、柠檬酸盐法、微波固相烧结法合成了La0.7Sr0.15Ca0.15Co0.9Fe0.1O3-δ(简:LSCCF)复合氧化物。借助XRD和SEM对不同制备方法合成粉料的晶体结构和粒度形貌进行了研究。实验结果表明:三种方法均可制得单一钙钛矿结构的LSCCF氧化物。柠檬酸盐法制得粉料的粒度最小,微波烧结法制备的粉料的分散性最好。在空气气氛下使用直流四极探针法研究了LSCCF烧结样品从100℃到800℃时的电导率,发现该体系材料的导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,当温度小于655℃,其电导率主要受指数形式控制且随温度增大而达到最大值;当温度大于655℃,其电导率由预指数因子决定且随着温度的升高而降低,在600℃-800℃范围的电导率都超过了500s·cm-1,满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFCs)阴极材料的要求。不同制备方法合成粉料的粒度、分散性和晶胞参数决定了电导率的大小,其影响次序为柠檬酸盐法>微波烧结法>共沉淀法。     

固体氧化物燃料电池电解质材料La_2Mo_(2-x)Mn_xO_(9-δ)的制备与性能研究

以硝酸镧、钼酸铵、硫酸锰为原料,以柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法合成了可作为中温固体氧化物燃料电池(SOFCs)使用的电解质材料La_2Mo_(2-x)Mn_xO_(9-δ)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20),通过红外光谱(FTIR)、热分析(TGDSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)测试等手段对样品进行了表征。研究表明,干凝胶经700℃煅烧2 h后得到了纯相的高烧结活性的La_2Mo_(2-x)Mn_xO_(9-δ)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)粉体,其在950℃烧结2h即可获得相对密度大于97%的烧结体。电化学性能研究表明Mn掺杂可以有效的提高La_2Mo_2O_9电解质材料的电导率,其中La_2Mo_(1.9)Mn_(0.1)O_(8.9)在800℃时电导率高达0.028 S/cm。     

阴极材料用Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ陶瓷的特性

以Pechini法合成了ABO3型钙钛矿结构的Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ(x=01,0.3,0.5)系列稀土复合氧化物粉体.用Fourier变换红外光谱和激光共焦Raman光谱对粉体烧结后样品的化学键及物相进行了表征.用热膨胀仪测定烧结样品的热膨胀系数.通过扫描电镜观察样品用作阴极材料时的微结构及阴极/电解质[钐掺杂氧化铈(samarium-doped ceria,SDC)]复合层的断口形貌.结果表明:1 200℃煅烧2h的样品的主晶相为正交钙钛矿,x=0.3的样品是正交与立方相的混合晶.在室温～1 000 ℃范围内,烧结样品的平均热膨胀系数为12.76x10-6/K,与SDC及La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM)电解质的热膨胀系数一致.烧结样品内部孔隙分布均匀,孔隙率约35%,阴极/电解质复合层界面清晰.将复合氧化物粉体和SDC在1 200℃煅烧10h没有检测出第三相.     

复合掺杂氧化物La0．7Sr0．15Ca0．15C00．9Fe0．1O3-δ合成与电性能

采用共沉淀法、柠檬酸盐法、微波固相烧结法合成了La0．7Sr0．15Ca0．15C00．9Fe0．1O3-δ(简：LSCCF)复合氧化物。借助XRD和SEM对不同制备方法合成粉料的晶体结构和粒度形貌进行了研究。实验结果表明：三种方法均可制得单一钙钛矿结构的LSCCF氧化物。柠檬酸盐法制得粉料的粒度最小,微波烧结法制备的粉料的分散性最好。在空气气氛下使用直流四极探针法研究了LSCCF烧结样品从100℃到800℃时的电导率,发现该体系材料的导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,当温度小于655℃,其电导率主要受指数形式控制且随温度增大而达到最大值;当温度大于655℃,其电导率由预指数因子决定且随着温度的升高而降低．在600℃-800℃：范围的电导率都超过了500s.cm^-1,满足中温固体氧化物燃料电池(ITsoFcs)阴极材料的要求。不同制备方法合成粉料的粒度、分散性和晶胞参数决定了电导率的大小,其影响次序为柠檬酸盐法＞微波烧结法＞共沉淀法。     

阴极材料用Pr_(0.6–x)Nd_xCa_0.4FeO_(3–δ)陶瓷的特性

以Pechini法合成了ABO3型钙钛矿结构的Pr0.6-xNdxCa0.4FeO3-δ(x=0.1,0.3,0.5)系列稀土复合氧化物粉体。用Fourier变换红外光谱和激光共焦Raman光谱对粉体烧结后样品的化学键及物相进行了表征。用热膨胀仪测定烧结样品的热膨胀系数。通过扫描电镜观察样品用作阴极材料时的微结构及阴极/电解质[钐掺杂氧化铈(samarium-doped ceria,SDC)]复合层的断口形貌。结果表明:1200℃煅烧2h的样品的主晶相为正交钙钛矿,x=0.3的样品是正交与立方相的混合晶。在室温～1000℃范围内,烧结样品的平均热膨胀系数为12.76×10-6/K,与SDC及La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM)电解质的热膨胀系数一致。烧结样品内部孔隙分布均匀,孔隙率约35%,阴极/电解质复合层界面清晰。将复合氧化物粉体和SDC在1200℃煅烧10h没有检测出第三相。     

固溶体Ce1-xEuxO2-δ的导电性能

利用溶胶-凝胶法,经800℃焙烧10h合成了Ce1-xEuxO2-δ(x=0.05～0.50)固溶体.用X射线衍射仪检测了样品的结构,测量了样品的阻抗谱和电子顺磁共振谱.结果表明:当掺杂量x≤0.40时,固溶体的结构为单相立方萤石结构,晶胞参数随x的增加而增大.样品中存在Ce3 ,掺杂Eu3 可以抑制Ce4 离子的还原.通过掺杂使固溶体Ce1-xEuxO2-δ(x=0.10～0.40)的电导率提高,随着掺杂量x增加,电导率增大,并在x=0.20时达到最大值(500℃的电导率σ500℃=1.07×103S/cm);电导活化能减小,x=0.20时,电导活化能Ea达到最小值,为0.72eV.     

EDTA-硝酸盐法制备La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ及其性能

用EDTA-硝酸盐法合成了中温固体氧化物燃料电池的电解质La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O3-δ(LSGM).BET法测定了前驱粉体的比表面积.XRD和DTA-TG曲线综合分析了合成过程中的化学反应.热膨胀仪和交流阻抗谱测定了其烧结性能和电化学性能.DTA-TG结果表明粉体在800℃左右开始形成钙钛矿结构,1200℃烧结就可以形成具有完整的钙钛矿结构LSGM样品;XRD表明用该方法合成的LSGM具有纯度高、杂相少等优点;烧结收缩率曲线显示烧结温度比固相法合成低了200℃左右;交流阻抗谱结果计算得到LSGM样品在800℃的电导率为7.5 S/m.     

缓冲溶液法制备钴酸锶钐阴极材料及其性能

以硝酸盐为前驱体,NH3·H2O-NH4HCO3为沉淀剂,用缓冲溶液法制得了Sm1-xSrxCoO3复合沉淀物,将其在800～1 000℃不同温度煅烧5 h.用X射线衍射、透射电镜对煅烧产物的相组成和微观形貌进行了测定.所制备的(Sm1-xSrxCoO3)粉体模压成形后,在1 000～1 200℃进行烧结.用Archimedes排水法测定了烧结体的密度和孔隙率.用扫描电镜对烧结体的微观结构进行了观测.用直流四端子法测定了烧结样品的电导率.实验结果表明:缓冲溶液法所获得的沉淀物在800℃煅烧形成了具有钙钛矿结构的Sm1-xSrxCoO3粉体,其粒度均匀细小,形状规则.在一定的烧结温度,Sm1-xSrxCoO3烧结体具有多孔结构.随着烧结温度的增加,烧结体密度增大,孔隙率和孔径减小.Sr的掺入,使Sm1-xSrxCoO3烧结体的电导率明显高于未掺杂的SmCoO3.在500～800℃,Sm1-xSrxCoO3材料的电导率随温度的增高而降低.在500℃,样品Sm0.6Sr0.4CoO3的电导率可达2 700 S·cm-1.     

Sr1-xEuxMoO4粉体的共沉淀合成及其发光性能

以Na2MoO4溶液为沉淀剂,采用共沉淀法制备了前驱体,在空气中经850～950℃煅烧,合成了Sr1-xEuxMoO4 粉体.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪对样品的结构、形貌及发光性能进行了表征.探讨了其合成工艺条件,确定了最佳烧结温度850℃,烧结时间为3h,并确定了当x=0.30时样品的相对发光亮度达到最大值.红色荧光粉的激发峰分别位于394,464 nm,发射光谱中在591 nm和617 nm处有很强的发射峰,其中最强发射峰位于617 nm左右,与Eu3+的SD0→7F2跃迁对应,可用于LED,提高其显色指数.     

新型电解质材料La9.33Ge6O26的制备及性能

用柠檬酸和乙二醇做络合剂和燃料,硝酸盐做氧化剂,用氨水调节溶胶的pH值,通过溶胶-凝胶-自燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的新型固体电解质La9.33Ge6O26。通过对样品相关性能的研究发现:1150℃为较佳的烧结温度,此温度制备的La9.33Ge6O26具有高的离子电导率(σ800℃=2.6×10-2S/cm)、低的电导活化能(Ea=0.89eV)、适中的热膨胀性能(从室温到1000℃的热膨胀系数α=9.2×10-6K-1)和良好的化学相容性,与阴极材料La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ一起高温煅烧(800℃)50h没有发生界面化学反应。     

Ce0.8Sm0.1Gd0.1O1.9电解质的制备及其性能

通过共沉淀法制备了Sm、Gd共同掺杂的CeO2的前驱体粉末,并将粉末经煅烧、压制、烧结制作成相应的电解质材料.对煅烧得到的电解质粉末及相应的电解质材料的性能进行了表征.实验结果表明:共沉淀法成功制备出了Sm、Gd共同掺杂的CeO2粉末.煅烧所得的电解质粉末具有良好的烧结活性,1400℃下烧结后相对密度达到93.4%.电导率的测试表明,电解质材料在中温范围有较高的电导率,800℃时,其电导率达到了0.076 S·cm-1,有望成为中温固体氧化物燃料电池的电解质材料.     

纳米Ce0.8Gd0.2O2-δ粉体的制备与低温烧结

采用正丁醇共沸蒸馏，对碳酸氢氨共沉淀法合成Ce0.8Gd0.2O2-d(GDC)的前驱体羟基碳酸盐进行脱水处理，以减少合成粉体的团聚. 前驱体及煅烧后粉体的性能用XRD, TG-DSC, BET, FESEM表征. 经共沸蒸馏处理的前驱体600℃煅烧2 h后比表面积达到49.0 m2/g，比未经共沸蒸馏处理的高. 煅烧得到的GDC粉体的烧结性能用非等温烧结与等温烧结实验进行表征，并与未共沸蒸馏处理的粉体进行比较. 结果表明，对碳酸氢氨共沉淀的前驱体进行共沸蒸馏脱水预处理，可提高粉体的烧结活性，粉体在1100℃烧结10 h后实现完全致密化，相对密度大于98%.     

中温固体氧化物燃料电池Gd1-xSrxCoO3-δ系阴极材料的制备及性能测试

采用甘氨酸-硝酸盐法(the glycine-niwate process,GNP)合成了新型中温固体氧化物燃料电池(intermediate temperature solid oxide fuel cell,IT-SOFC)阴极材料Gd1-xSrxCoO3-δ(x=0～0.5),所合成的初始粉体在800℃下煅烧12h后均形成了钙钛矿结构的单相固溶体.对该体系材料的电导率、界面阻抗进行了系统的研究后发现,Gd0.8Sr0.2CoO3-δ的电导率在600℃时达到了559 S/cm,CJd0.8Sr0.2CoO3-δ与Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)在600℃和700℃ 的界面阻抗分别为0.34 Ω·cm2和0.11 Ω·cm2,活化能为仪98.4 kJ/mol,预示其可以作为IT-SOFC较为理想的阴极备选材料.此外,通过调整Gd0.8Sr0.2CoO3-δ与GDC的比例可以制备出热膨胀系数与GDC电解质匹配、性能良好的Gd0.8Sr0.2CoO3-δ、GDC复合阴极材料.     

La_(0.8–x)Ba_xSr_(0.2)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)阴极材料的结构与性能

采用溶胶–凝胶法制备了La0.8–xBaxSr0.2Co0.8Fe0.2O3–δ(LBSCF)阴极粉体。对LBSCF的晶体结构、材料表面的化学状态、烧结体的断面微结构及电导率进行了表征。用交流阻抗谱法在550~700℃范围测试了LBSCF-30%SDC(Sm0.2Ce0.8O1.9)复合阴极的电化学性能。结果表明:LBSCF粉体主晶相为六方晶系钙钛矿结构,存在少量的第二相。XPS结果显示,Ba2+掺杂不影响A位离子(La3+、Ba2+、Sr2+)的价态,但对B位离子的价态有不同的影响:x=0.10的样品中,钴离子以Co3+和Co4+混合价态存在,其余样品中以低氧化态(Co3+和Co2+混合价)或Co3+价存在;铁离子以高氧化态(Fe3+和Fe4+)存在。在500~700℃空气气氛中,LBSCF的电导率均超过700 S/cm,在同一温度下,电导率随着Ba2+掺杂量的增加而增大。x=0.20的样品在500℃时,电导率最大可达1.59×103 S/cm。随着Ba2+含量增加,极化电阻减小,x=0.20时,复合阴极LBSCF-30%SDC的极化电阻最小,700℃时的极化电阻为0.20?·cm2。     

磁热锰锌铁氧体湿法制备工艺研究

用化学共沉淀法研制了磁热锰锌铁氧体,并对样品进行了前驱体颗粒度测试,磁滞回线、X-射线衍射及发热实验测定.结果表明,共沉淀工艺的最佳pH值为4,最佳保温温度为70℃,保温时间为1.5h.加料采用逆加法和滴加法.最佳烧结温度是800℃.在交变磁场下,有明显的磁热效应.与干法比,湿法所得锰锌铁氧体性能更好.     

Co掺杂对Ce0．85Y0.15O2-δ固体电解质材料性能的影响

采用固相反应法合成并在不同温度下烧结Ce0.85Y0.15-xCoxO2-δ(x=0、0.01、0.03和0.05)固体电解质材料,着重研究Co掺杂量对试样的体积密度和离子电导率的影响.采用X射线衍射(XRD)分析烧结后试样的晶体结构,Archimedes法测定烧结试样密度,电化学阻抗谱测量试样的离子电导率.结果表明:试样Ce0.85Y0.15-xCoxO2-δ(x=0、0.01、0.03和0.05)1 400℃烧结后均呈单一的立方萤石结构相,掺杂Co可以有效提高试样的体积密度,促进试样烧结.此外,一定量的Co还可以增加试样的离子电导率,相同烧结条件下试样Ce0.85Y0.14Co0.01O2-δ呈现出最高的离子电导率,1 450℃烧结,其离子电导率在800℃时达到0.083 1 s/cm.     

Sr含量对La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)导电陶瓷结构与性能的影响

采用乙二胺四乙酸(EDTA)-柠檬酸络合法合成了钙钛矿结构La_(1-x)Sr_xMnO_(3-δ)(LSM)粉体,通过干压成型和高温烧结制备了LSM导电陶瓷。研究了Sr含量对制备LSM陶瓷的物相组成、微观结构、烧结特性、电导率、抗弯强度和热膨胀性能等的影响。结果表明:1 425℃保温4 h烧成后,未添加Sr的样品组成为斜方晶系La Mn O3-δ,随着Sr含量提高,LSM陶瓷样品物相晶体结构向六方、四方和立方等不同晶系转变。Sr的添加可促进样品烧结致密化,随着Sr含量增加,样品的室温电导率和抗弯强度表现出先升高后降低变化趋势,但Sr含量对热膨胀性能的影响较小。样品在x=0.6时可获得最大电导率131.4 S/cm,而x=0.8时抗弯强度最高,为101.0 MPa。     

钙钛矿型中温固体电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ的制备

以硝酸盐为前驱体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XRD和SEM分析了样品钙钛矿相的形成过程和显微结构,用直流四电极法测试了电解质的氧离子电导率。研究结果表明:经1 450℃煅烧6 h后得到LSGM单相结构,800℃时的电导率为6.8×10-2S.cm-1,高于同温下钇稳定氧化锆(YSZ)样品的电导率,表明LSGM更适合做中温固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质材料。     

低温自燃烧法合成La2NiO4阴极材料及其性能

以柠檬酸-硝酸盐溶液为前驱体,采用低温自燃烧法合成了具有K2NiF4结构的中温固体氧化物燃料电池La2NiO4阴极材料.研究了影响溶胶和凝胶的形成以及La2NiO4粉体晶相结构的影响因素,确定了最佳的合成条件.研究结果表明:自燃烧产物经1000 ℃煅烧2 h后,形成了平均粒径约为90 nm的单一La2NiO4相.经1300 ℃烧结的La2NiO4在100～800 ℃范围内平均热膨胀系数为13.9×10-6 K-1,在600～800 ℃范围内测得的总电导率为84.5～96.3 S·cm-1.