用喷雾热分解法制备Gd2O3-Y2O3-ZrO2电解质材料的性能

用喷雾热分解方法制备了2mol%Gd2O3-8YSZ的粉末,用激光粒度分析,X射线衍射(XRD),BET法和扫描电子显微镜(SEM)检测粉末和陶瓷体的性能和结构。结果表明,获得的粉末粒径为12.18μm,晶粒尺寸为100nm,比表面积为25.09m2/g。粉末和陶瓷体材为立方结构。陶瓷体的烧结密度大于98%理论密度。在操作的温度高于600℃下的电导率达2×10-3S/cm。证实Gd2O3-8YSZ材料完全适用于作中温固体氧化物燃料电池(SOFC)的电解质。     

Al2O3,CaO对多元掺杂YSZ电解质材料性能的影响

采用高温固溶法制备了Dy2O3,Sc2O3和Yb2O3多元掺杂YSZ材料,试样高温电导率得到大幅度提高(1000℃,0.18S/cm),但材料烧结性与机械强度有待改善.为此,在多元掺杂YSZ材料中继续掺入少量Al2O3和/或CaO以研究其影响.添加少量Al2O3提高了试样烧结密度( ～4.6%)和机械强度(～30%),而保持电导率变化不大;添加少量CaO虽然使烧结密度略微增大,但却降低了试样电导率(～50%)和机械强度.XRD分析显示试样保持稳定立方萤石结构,且晶格常数发生变化.显微结构分析表明,复合添加剂的掺入促进了晶粒的生长,晶粒尺寸较大.     

Sm2O3和Nd2O3共同掺杂CeO2基电解质材料的研究

采用柠檬酸-硝酸盐法合成出单一相、均匀的Ce0.8SmxNd0．2-xO19粉体，XRD结果表明该粉体为单相萤石结构，粒径约在11．7nm～20．1nm之间。将粉体干压成型，在1400℃下无压烧结5h可得到高致密度陶瓷。SEM照片显示陶瓷微观结构均匀，晶粒尺寸在2μm～4μm。经直流四端电极法测试得到该样品在500℃时电导率约在0．012 S／cm。该结果说明与单项掺杂相比，两相共掺杂会进一步提高材料的电导率。     

8 mol%Yb2O3掺杂的ZrO2基固体电解质的电性能研究

研究了通过压坯烧结制备的8YbSZ（8mol%Yb2O3掺杂的ZrO2）致密固体电解质的电导率。初始粉体的较高活性、各组分分布的均匀性以及Al2O3的加入,使得陶瓷的烧结在1400℃时几乎达到完全致密。随着烧结温度的进一步升高,离子电导率的变化不大,并且当烧结温度在1450℃和1550℃之间时达到最佳。8YbSZ烧结体具有较高的离子电导率,可以用作中温燃料电池的固体电解质材料。文中还对8YbSZ的老化进行了讨论。     

Sm2O3和Nd2O3共同掺杂CeO2基电解质材料的研究

采用柠檬酸-硝酸盐法合成出单一相、均匀的Ce0.8SmxNd0.2-xO1.9粉体,XRD结果表明该粉体为单相萤石结构,粒径约在11.7 nm～20.1 nm之间.将粉体干压成型,在1400 ℃下无压烧结5 h可得到高致密度陶瓷.SEM照片显示陶瓷微观结构均匀,晶粒尺寸在2 μm～4 μm.经直流四端电极法测试得到该样品在500 ℃时电导率约在0.012 S/cm.该结果说明与单项掺杂相比,两相共掺杂会进一步提高材料的电导率.     

Co掺杂SrTiO_3阳极材料性能研究

通过高温固相合成法制备了SrCoxTi1-xO3,并通过X射线衍射仪、扫描电镜、密度和电导率的测量,系统地研究了掺杂量对Co掺杂的SrTiO3性能的影响,研究了Co掺杂的SrTiO3与电解质材料(YSZ)的兼容性。研究表明,在1500℃还原气氛(5%H2+95%Ar)下,Co在SrTiO3中的掺杂量在10mol%以下。SrCoxTi1-xO3的电导率呈现离子电导的特征,并随着Co掺杂量的增加而减小。SrCo0.05Ti0.95O3与YSZ在1100℃以下可以稳定共存。     

La0．9Sr0．1Ga0．8Mg0．2O2．85固体电解质合成及其性能

在NH4OH-(NH4)2CO3沉淀体系中用相转移分离法制备了La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85(LSGM1020)固体电解质前驱体,并在较低的烧结温度得到了纯度较高,杂质含量低的电解质陶瓷.用XRD,Raman光谱,直流四电极,交流阻抗谱和扫描电镜分析了电解质的晶体结构,电化学性能和显微结构.XRD和Raman分析表明LSGM1020电解质具有菱方钙钛矿结构,800oC时测量得到的氧离子电导率达到0.12S?cm-1.SEM和交流阻抗分析表明,烧结体具有良好的微观结构.采用相转移分离法合成LSGM1020有利于降低烧结温度,改善电解质的性能.     

Al2O3对YSZ电解质材料的制备及性能的影响

文研究了Al2O3掺杂YSZ料浆的流变性质,并采用水基注模凝胶法制备大尺寸薄片材料,对其微观组织进行分析,并对力学性能和电性能进行测试.结果表明,Al2O3的掺入大大降低了YSZ料浆的粘度,改善了YSZ料浆的可浇注性.另外,Al2O3与ZrO2在1600℃烧结不发生固溶反应,主要作为第二相分布在晶界和晶内.少量Al2O3的掺入不仅可以提高YSZ的抗弯强度和断裂韧性,而且可以提高YSZ的电导率.Al2O3含量为1%时,1000℃时电导率达到最大值0.15 S/cm.     

Y2O3掺杂ZrO2基电解质材料的离子传导性能及研究进展

纯二氧化锆掺杂了与锆离子半径相近的低价阳离子后,会产生较多氧空穴,可以实现离子导电.其中Y2O3,掺杂ZrO2基电解质材料有着优越的离子传导能力,它已经被广泛的应用到传感器和固体电解质上.介绍了Y2O3掺杂ZrO2基电解质材料导电的机理,简述了YSZ材料以及多元掺杂的ZrO2基电解质材料的研究进展.     

Zn掺杂对YCrO3基连接材料低温烧结和电导性能的影响

YCrO3基固体氧化物燃料电池(SOFC)连接材料与LaCrO3基连接材料相比具有更高的化学稳定性,但却难以在空气中致密化烧结.利用溶胶-凝胶工艺在Y0.8Se0.2CrO3-δ的B位掺杂10 mol％的Zn制备Y0.8Sr0.2Cr0.9Zn01O3-δ高活性粉体,在1400℃空气中烧结获得了96.6％的高致密度,并且仍然保持单一正交钙钛矿相结构,远高于同条件下Y0.8 Sr0.2 CrO3-δ的76.4％的烧结致密度.Y08Sr02Cr09Zn01O3-δ烧结样品遵从小极子导电机理,850℃空气中的电导率达到3.7 S·cm-1;热膨胀系数为9.4×10-6K-1,与YSZ相接近,表明Y08Sr02Cr0.9Zn01O3-δ是一种稳定易烧结的适合YSZ基SOFC的新型陶瓷连接材料.     

Li3-2xB1-xNxO3(x=0.1,0.2,0.3)锂离子固体电解质的制备和性能研究

首次以硝酸锂、碳酸锂、氧化硼为原料,采用固相法制备得到了Li_3-2xB_1-xN_xO₃(x=0.1,0.2,0.3)锂离子固体电解质,通过无压烧结制备得到固体电解质片,并通过x射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电化学交流阻抗(EIS)对Li_3-2xB_1-xN_xO₃(x=0.1,0.2,0.3)固态电解质进行了表征。结果表明：当x=0.2时,采用无压烧结在600℃烧结10 h制备得到的固体电解质片致密度最高,达到理论密度的90.07%,室温锂离子总电导率也最大,为6.37×10_-6 S/cm,此时激活能值最小,为0.48eV。     

Preparation of YSZ solid electrolyte by slip casting and its properties

Fully stabilized YSZ solid electrolyte was prepared by slip casting. The density was measured according to the Archimedes principle and the linear shrinkage was calculated from measuring the sizes of samples before and after sintering. XRD analysis was conducted to verify the phase structure of both the starting YSZ powder and the prepared YSZ electrolyte. The microstructure of fracture surface and the electrical properties of the samples sintered at different temperatures were investigated via SEM and a complex impedance method, respectively. By comparison of the properties and features among the samples, a slip casting method was established to be a simple way to manufacture high-quality YSZ electrolyte at the sintering temperature of 1550℃ for 3 h, which provides a new approach for YSZ electrolyte with com-plex shapes and mass production.     

W-Ni/Yb2O3复合材料的制备及烧结性能研究

本文首先采用化学镀获得Ni-Yb2O3复合粉体,然后通过机械球磨制备了不同成分的W-（0.2、0.5、1、2）wt% Ni/Yb2O3复合粉末,最后在1600℃下烧结3h获得了W-Ni/Yb2O3复合材料。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)研究分析了Ni-Yb2O3复合粉体形貌、W-Ni/Yb2O3复合材料表面形貌。测定了W-Ni/Yb2O3复合材料相对密度、显微硬度和热导率。实验结果表明,W-Ni/Yb2O3复合材料的相对密度和显微硬度随着Ni-Yb2O3含量增加而增加,Ni-Yb2O3的加入促进了钨基材料的烧结致密化;同时,添加Ni-Yb2O3复合粉使钨基材料的晶粒得到细化,但对钨基材料导热性起到降低的作用。     

Characterization of YSZ solid oxide fuel cells electrolyte deposited by atmospheric plasma spraying and low pressure plasma spraying

Yttria doped zirconia has been widely used as electrolyte materials for solid oxide fuel cells (SOFC). Plasma spraying is a cost-effective process to deposit YSZ electrolyte. In this study, the 8 mol% Y₂O₃ stabilized ZrO₂ (YSZ) layer was deposited by low pressure plasma spraying (LPPS) and atmospheric plasma spraying (APS) with fused-crushed and agglomerated powders to examine the effect of spray method and particle size on the electrical conductivity and gas permeability of YSZ coating. The microstructure of YSZ coating was characterized by scanning electron microscopy and x-ray diffraction analysis. The results showed that the gas permeability was significantly influenced by powder structure. The gas permeability of YSZ coating deposited by fused-crushed powder is one order lower in magnitude than that by agglomerated powder. Moreover, the gas permeability of YSZ deposited by LPPS is lower than that of APS YSZ. The electrical conductivity of the deposits through thickness direction was measured by potentiostat/galvanostat based on three-electrode assembly approach. The electrical conductivity of YSZ coating deposited by low pressure plasma spraying with fused-crushed powder of small particle size was 0.043 S cm⁻¹ at 100 °C, which is about 20% higher than that of atmospheric plasma spraying YSZ with the same powder. This article was originally published inBuilding on 100 Years of Success, Proceedings of the 2006 International Thermal Spray Conference (Seattle, WA), May 15–18, 2006, B.R. Marple, M.M. Hyland, Y.-Ch. Lau, R.S. Lima, and J. Voyer, Ed., ASM International, Materials Park, OH, 2006.     

纳米SiO_2复合聚电解质的制备及电化学性能

以聚环氧乙烷/高氯酸锂络合物(PEO/LiClO4)为基体,前驱体正硅酸乙酯(TEOS)在基体中水解缩合原位生成纳米SiO2,制备了PEO/LiClO4/SiO2复合聚电解质膜,采用AFM、DSC和交流阻抗等方法研究了聚电解质膜的表面形貌、热性能和离子电导率。结果表明,原位生成的纳米SiO2粒子,均匀分散于PEO基体中。复合纳米SiO2后聚电解质膜的玻璃化转变温度和结晶度均降低。聚电解质膜的离子导电行为满足Arrhenius方程,并在10%SiO2含量时体系的电导率出现最大值2.6×10-5S/cm(30℃)。以此膜为电解质组装的全固态聚合物锂电池放电电压平稳,初始放电比容量为115mAh·g-1,40次循环后放电容量保持在92mAh·g-1。     

Yb2O3或Y2O3掺杂Cu-(NiFe2O4-10NiO)惰性阳极的导电性和耐蚀性

在氧分压约为100 Pa的氮气氛下烧结制备了掺杂Y2O3、Yb2O3的10Cu-(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷,并对其进行导电性能测试和10h(Na3A1F6-Al2O3体系中)铝电解实验.采用XRD、SEM和EDS分析稀土氧化物以及其与陶瓷基体反应产物的分布,考查电解实验后材料表层显微结构变化尤其是金属相的流失情况,评价稀土氧化物的添加对金属陶瓷电解初期腐蚀行为的影响.结果表明:掺杂稀土氧化物均使NiO相呈连通迹象,掺杂Yb2O3金属陶瓷晶粒较未掺杂的粗大,其与陶瓷相反应生成物成点线状分布于NiFe2O4相晶界,Y2O3与陶瓷相反应生成物则分布于NiO与NiFe2O4相间;所制备材料具有半导体特征,随着稀土氧化物的掺杂,材料导电性呈下降趋势;掺杂稀土氧化物尤其是Yb2O3有利于提高材料的耐蚀性能.     

复合掺杂对YSZ电解质材料烧结性与电性能的影响

采用高温固溶法制备Sc2O3（Dy2O3）和Yb2O3复合掺杂YSZ电解质材料，研究了复合掺杂对YSZ烧结性和电性能的影响。结果表明：随着Sc2O3含量的增加，试样烧结密度降低（1600℃烧结密度由5．82g／cm^3降至5．24g／cm^3），而Dy2O3却能提高烧结密度（1600℃烧结密度由5．63g／cm^3增至5．86g／cm^3）：当掺杂总量x，％）为8～8．6时，材料电导率得到大幅度提高（1000℃时，0．18S／cm）；1nσ-1000／T呈现较好的线性关系，说明电导率σ与温度T之间关系符合Arrhenius公式；XRD分析表明复合掺杂YSZ电解质材料晶格常数有所增大，对提高电导率起积极作用；复合添加剂促进了晶粒生长，尤其是含Dy试样晶粒尺寸较大。     

PbF2-TeO2-B2O3-Eu2O3玻璃介电性能和弛豫动力学

在频率范围为1 Hz~10 MHz和温度范围为313~773 K条件下,采用熔炼?淬火技术制备20PbF2?20TeO2?(60?x)B2O3?xEu2O3(x=0~2.5,摩尔分数,%)玻璃,并研究频率和温度对介电性能的影响。通过介电模量行为分析材料的介电弛豫动力学。在313~523 K温度范围内,介电损失可以忽略不计,表明玻璃具有良好的热稳定性。所制备的Eu2O3掺杂氧氟硼玻璃在高频低温下介电损失低,是良好的非线性光学材料。