磷灰石型La9.33（SiO4）6O2电解质的烧结及性能

在燃烧法制得的磷灰石型LSO电解质纳米粉体基础上,研究了预处理、成型压力、烧结温度和保温时间对LSO烧结体致密度的影响.烧结实验结果表明:球磨预处理和合适的成型压力,可以有效消除颗粒间的团聚、降低烧结温度和提高致密度;最佳成型压力为225 MPa;最佳烧结温度为1 400℃下保温3 h,烧结体的致密度高达96%.运用交流阻抗谱法研究了LSO烧结体的电性能,结果表明:烧结体随温度的升高,晶界电阻逐渐减小,晶粒电阻逐渐占据主导;烧结体电导率与温度的关系符合Arrhenius经验公式,700℃时离子电导率达到4.38×10-3s/cm.     

Sr和Nd掺杂对La_（9.33）（SiO_4）_6O_2电解质性能的影响

采用尿素-硝酸盐燃烧法对磷灰石型LSO电解质进行了三价稀土元素Nd和二价碱土元素Sr的La位掺杂,对合成样品进行XRD、SEM分析表征,并测试和分析了样品的电导率.结果表明：Sr、Nd掺杂对LSO的晶体结构、物相和形貌产生的影响很小,而适量的掺杂可有效提高LSO的氧离子传输性能.当掺杂x=0.3时,La9.33Mx（SiO4）6O2＋δ（M=Sr、Nd）具有最高离子电导率,La9.33M0.3（SiO4）6O2＋δ在500℃时的电导率分别为7.248×10-3S.cm-1、1.782×10-2S.cm-1.Nd掺杂不仅可以提高电导率,还可以降低传导活化能,相比于Sr掺杂更有利于LSO在中低温SOFCs中的应用.实验认为,Sr、Nd掺杂的LSO属于间隙氧传导机制,掺杂可以提高间隙氧的数量,间隙氧相比阳离子空位对LSO电导率的影响更大.     

Sr和Nd掺杂对La9.33（SiO4）6O2电解质性能的影响

采用尿素-硝酸盐燃烧法对磷灰石型LSO电解质进行了三价稀土元素Nd和二价碱土元素Sr的La位掺杂,对合成样品进行XRD、SEM分析表征,并测试和分析了样品的电导率.结果表明:Sr、Nd掺杂对LSO的晶体结构、物相和形貌产生的影响很小,而适量的掺杂可有效提高LSO的氧离子传输性能.当掺杂x=0.3时,La9.33Mx(SiO4)6O2+δ(M=Sr、Nd)具有最高离子电导率,La9.33M0.3(SiO4)6O2+δ在500℃时的电导率分别为7.248×10-3S.cm-1、1.782×10-2S.cm-1.Nd掺杂不仅可以提高电导率,还可以降低传导活化能,相比于Sr掺杂更有利于LSO在中低温SOFCs中的应用.实验认为,Sr、Nd掺杂的LSO属于间隙氧传导机制,掺杂可以提高间隙氧的数量,间隙氧相比阳离子空位对LSO电导率的影响更大.     

过渡元素掺杂固体电解质的制备及电性能

为了解决固体氧化物电解质在中温范围（500 ℃～800 ℃）工作电导效果不佳的问题,采用燃烧合成方法以氧化镧及过渡离子氧化物为原料,制备了过渡金属元素掺杂的硅酸镧体系电解质材料. 用X-射线衍射图谱、扫描电子显微镜以及红外光谱对所得电解质进行了物相和显微结构分析. 研究表明,掺杂离子对电解质的物相结构及形貌影响很小,但是通过引入适量过渡掺杂离子,能够有效提高电解质的电导率. 当掺杂量摩尔比x=1.0时,锌掺杂后硅酸镧电解质具有最高的离子电导率,在500 ℃时的电导率可达2.106×10-2 S/cm. 相比于未掺杂电解质在500 ℃电导率为1.71×10-3 S/cm有了显著提升. 元素铜的掺入对电解质的致密度有促进作用,压片和二次烧结后电解质的密度达94.1%. 同时通过交流阻抗测试分析证实镍在硅位掺杂会降低电解质的电导率.     

复合掺杂CeO2基电解质性能与烧结温度关系

实验发现，用复合掺杂法可以有效地降低ＣｅＯ２基电解质的烧结温度．用Ｓｍ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３共同掺杂时，可以使ＣｅＯ２基电解质的烧结温度从１６００℃左右降低到１４００—１４５０℃．复合掺杂的ＣｅＯ２基电解质电导率随着烧结温度的提高而下降，这可能是由于晶间玻璃相的增多和新相的出现造成的；Ｘ射线衍射分析发现，对１４００—１５５０℃烧结的样品，Ｓｍ２Ｏ３和Ｇｄ２Ｏ３固溶较好，但对１６００℃烧结的样品，可见新相生成，同时伴随着晶格常数减小．     

碱土掺杂硅酸镧电解质材料的制备与性能

采用尿素-硝酸盐燃烧法在600～800℃下制备了较高纯度无杂质相的碱土掺杂磷灰石型La9.33Mx(SiO4)6O2+δ(M为Sr,Ca,Mg)电解质.通过X射线衍射、扫描电镜和交流阻抗测试,对样品的晶体结构、表面微观形貌及电导性能进行了研究.结果表明,燃烧合成的电解质粉体La9.33(SiO4)6O2(LSO)具有p63/m磷灰石型晶体结构;LSO烧结体的微观形貌随x值的不同而出现了细微变化;LSO烧结体具有良好的电阻可逆性和稳定性.适当的掺杂量能有效提高LSO的离子电导率,最佳掺杂浓度为0.2.相同掺杂量下,三种碱土金属阳离子掺杂对电导性能也有一定的影响,随着离子半径的增大,掺杂效果越来越好.     

钐和锌双掺杂La9.33（SiO4）6O2电解质的制备及其电导率

为提高磷灰石型电解质（LSO）的电导率,以氧化镧（La₂O₃）、氧化锌（ZnO）和氧化钐（Sm₂O₃）为主要原料通过尿素-硝酸盐燃烧法在600 ℃的温度下合成了掺杂钐和锌的La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}固体电解质粉末。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、变温介电测量系统对样品进行物质结构、表面形貌、电导率的表征。研究了不同温度和不同掺杂浓度下La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率。结果表明,Sm和Zn成功掺杂进入LSO的晶格中,样品具有典型的P6₃/m磷灰石结构且纯度高,LSO的形貌未改变。当Sm掺杂浓度为0.6,Zn掺杂浓度为1时,在温度为650 ℃下La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率达到1.50×10^-3 S/cm;确定了最佳烧结温度为1 400 ℃。La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率在同一温度下随着掺杂量的增加先提高后降低,掺杂样品的晶胞参数相比于未掺杂样品的晶胞参数增大,活化能随着掺杂量的增大先降低后升高。此外La_9.33Sm_xSi₅ZnO_{（25+1.5x）}的电导率在同一掺杂量下,随着温度的升高而提高。     

新型复合电解质PEO-LiClO4-Cex Ti（1-x）O2的制备与性能研究

以PEO-LiC lO4为基质材料,以CeO2和TiO2作为无机填料,采用原位复合法与溶液浇铸法相结合的方法制备了PEO-LiC lO4-CexTi1-xO2全固态复合聚合物电解质薄膜（CPE）.利用交流阻抗方法和差示扫描量热法对CPE的电导率、玻璃化转变温度和结晶度进行了研究.结果表明,添加不同粒径的纳米氧化物可在不同尺度上更加有效地破坏聚合物基体的结晶行为,增大离子传输所需的无定形区域,同时,降低了聚合物PEO的玻璃化转变温度和结晶度,并使其结晶度在较长时间内维持在较低水平,最终使离子电导率得到了明显提升.     

聚乙二醇/SiO2固体电解质膜的制备与表征

溶胶-凝胶法制备了有机／无机杂化固体电解质膜。用扫描电镜、热重等测试手段对其进行表征。结果表明，正硅酸乙酯水解速率的快慢会影响膜的微观结构。无机SiO2粒子提高了固体电解质膜的耐热性能。离子电导率随着温度的升高而增加，温度升至403．15K时达到最大值；继续升高温度，离子电导率下降。     

Electrical property of 8-mol% yttria-stabilized zirconia electrolyte by spark-plasma sintering

The 8-mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ) is widely chosen as electrolytes in solid oxide fuel cells (SOFC) and oxygen sensors because of its excellent high- temperature ionic conductivity[1—4]. The ionic conductivity of the electrolyte is strongly related to the microstructure of the electrolyte. Gibson et al. [5] investigated the relation-ship between the density of YSZ and its corresponding ionic conductivity. Spark-plasma sintering (SPS) is a relatively new sintering method fo…     

Kinetics mechanism of microwave sintering in ceramic materials

Based on the traditional sintering model incorporating the characteristic of microwave sintering, the ionic conductance diffusion mechanism in microwave sintering was studied. A flat-ball model was presented to describe the kinetics process in microwave sintering, and was applied to the sintering process of TZP and ZrO₂-Al₂O₃ ceramics. The results indicate that the shrinkage rate of materials in microwave sintering is proportional to t ^2/3 and r ^−4/3, respectively, where t is the sintering time and r is the particle radius. Whereas, the shrinkage rate of materials in conventional sintering is proportional to sintering time t ^2/5. Our model suggests that microwave sintering is faster than conventional sintering, which shows a good agreement with the experimental observation in sintering process of TZP and ZrO₂-Al₂O₃. Supported by the State Key Program of National Natural Science of China (Grant No. 50332010) and the National Key Technology Research and Development Program for Resource and Environment of China (Grant Nos. 2006BAB12B03, 2006BAB12B05)     

CeO2基固体氧化物燃料电池电解质研究

固体氧化物燃料电池（SOFCS）被誉为21世纪最具有发展潜力的能源技术之一.由于用稀土或碱土金属氧化物掺杂的CeO2在较低的温度下具有较高的氧离子电导率,是用作中低温固体氧化物燃料电池较理想的电解质材料.本文综述了近年来以掺杂的CeO2作电解质的SOFCS性能的研究情况,总结了提高、改善CeO2基固体电解质电性能的几种方法,并对今后的研究提出了自己的看法.     

Relation between powder size and electrolyte properties in nano YSZ system

YSZ (yttria stabilized zirconia) electrolyte properties made from different sizes of nano powders were investigated. As a result, the sample marked KD with the smallest size (10 nm) of first particles and the sample marked TH with narrow distribution and the smallest median diameter Mmcd of 0.49μm have the best sintering properties and the highest electrical conductivity. There is a very well correlation between the density and the electrical conductivity of YSZ, that is, the samples with a higher density have a higher electrical conductivity. The area resistance of YSZ electrolyte made in the experiment, such as TH of 0.483 Ω.cm^2, is much lower than that of the sample D of 1.300 Ω.cm^2 made in Germany at 850℃. The complex resistance of YSZ electrolyte made in the experiment at the grain, grain boundary and electrode in the range of 300-750℃ decreases greatly compared to the sample made in Germany by shown in the complex impedance plot.     

ABO3型固体电解质La1-xSrxGa1-yMgyO3-α制备与导电性

用固相反应法合成La0.8Sr0.2Ga0.85Mg0.15O2.825(LSGM2015)和La0.8Sr0.2Ga0.75Mg0.25O2.775(LSGM2025)固体电解质,利用XRD、EDS、直流四电极法、SEM等现代测试手段对LSGM2015和LSGM2025的成分、晶体结构、、离子导电性及显微组织等进行研究.实验结果表明:合成的LSGM2015和LSGM2025均属正交晶系,具有钙钛矿结构,样品纯度较高,基本上无杂相;其电导率与温度的关系服从Arrhen ius方程,均表现出离子导电特征.LSGM2015和LSGM2025的离子迁移活化能(Ea)相近且较低(<1 eV),在试验温度范围内LS-GM2015的离子导电性明显高于LSGM2025,低价金属Sr、Mg的适量掺杂有利于电导率的提高.