阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.8Fe0.2O3-δ的晶体结构和性能

使用硝酸盐,氢氧化钠和碳酸钠为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(x=0.05、0.10、0.15、0.20)的粉料并研究了粉料的各种性能。结果表明,前驱体800℃煅烧3h形成粉料具有六角晶系钙钛矿结构;Ca2 和Sr2 双掺杂取代La3 进入晶格后,随着Ca2 含量x增加,La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)晶胞a轴方向缩短c轴方向拉长,晶胞体积减小;且1200℃烧结3h后所有样品电导率在降低。温度升高到490℃,掺杂样品的电导率出现最大值,温度继续升高晶格氧逸出导致电导率降低。当x=0.10和0.15时,阴极材料电导率在500～650℃范围内基本相等且高于700S/cm,并与Ce0.8Sm0.2O2热性能的表现一致,且两者阴极材料在650℃时,所组装单电池的输出功率明显大于350mW/cm2。     

La_2Ni_(0.8)Fe_(0.2)O_(4+δ)-La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)复合阴极的性能研究

研究了La_2Ni_(0.8)Fe_(0.2)O_(4+δ)(LNF-02)-La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(LS CF)复合阴极材料(LNF-02-x LS CF,10≤x≤40)的电性能、电化学性能、热膨胀性能。研究结果表明,LNF-02、LSCF、SDC之间的化学相容性良好。LNF-02-x LSCF复合阴极材料的电导率在600~800℃范围内均高于100 S/cm,且随着LSCF复合量的增加而逐渐升高。1 000℃煅烧制备的复合阴极与SDC电解质接触良好,表现出最低的极化电阻。LSCF的最佳复合量为20%(x=20),此时LNF-02-20LSCF的热膨胀系数为14.36×10~(-6) K~(-1)。1 000℃煅烧制备的LNF-02-20LSCF复合阴极在750℃测试的界面极化电阻为0.68Ω·cm~2。结果显示,LNF-02-20LS CF复合阴极材料有望成为新型IT-S OFC阴极材料。     

钙钛矿结构锰氧化物薄膜材料的低频1/f噪声研究

针对A位掺杂钙钛矿结构锰氧化物(A_(1-x)BxMnO_3)薄膜材料的微弱低频1/f噪声信号检测,采用基于双通道信号互相关运算的测试方法,有效消除了接触噪声对本底噪声的影响。通过对薄膜样品La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3的低频1/f噪声和电阻率测量,揭示了由不同衬底材料、不同厚度所引起的薄膜晶格内部应力变化对载流子输运机制的影响。结果表明,薄膜样品的1/f噪声水平和导电特性与材料厚度变化密切相关,La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3样品在临界厚度下表现出较低的1/f噪声;而La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/SrTiO_3/Si样品随着厚度增大,其1/f噪声不断优化。上述结论对基于磁性材料的新型传感器的研制具有重要的参考意义。     

磷灰石结构电解质La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)的合成及电性质

以La_2O_3和SiO_2为原料,采用凝胶注模工艺合成了具有磷灰石结构晶相的固体电解质材料La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)(x=0,0.5).通过X射线衍射光谱法(XRD)对所得化合物的结构进行表征.在300～800 ℃的温度范围内,利用电化学阻抗谱详细研究了La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)陶瓷的烧结温度和La元素的含量对La_(10-x)Si_6O_(27-1.5x)电导率的影响.结果表明:陶瓷样品的烧结温度对其电导率的影响较大,La_(10)Si_6O_(27)的电导率随着陶瓷样品烧结温度的上升而提高,1 650 ℃烧结的La_(10)Si_6O_(27)在800℃电导率为3.46×10~(-2) S/cm,约是1 550 ℃烧结样品的6倍.La_(9.5)Si_6O(26.25)的电导率随着陶瓷样品烧结温度上升呈先上升后下降的变化趋势,当烧结温度高于1 600℃时,晶粒和晶界内有大量未知相析出,这可能是导致其电导率反而下降的直接原因.     

复掺杂钴铁酸盐的制备及性能

用金属硝酸盐,通过柠檬酸法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(LSCCF)粉末.用热重-差热研究了LSCCF的形成过程.XRD测试表明:前驱体800℃处理3 h,已形成六方钙钛矿结构.样品的电导率随着烧结温度的升高和Ca2 含量的减少而变大,在500～800℃范围内,大于500S/cm,高于固相合成法的电导率最大值100S/cm.XRD和SEM测试表明:样品与电解质Ce0.8Sm0.2O2的化学相容性好.     

类钙钛矿结构La2Ni0.5M0.5O4+δ(M=Co,Cu)材料的合成与电性能

用XRD和传统直流四极探针电导测试法研究了烧结制度和不同掺杂元素对固相反应所合成的La_2Ni_(0.5)M_(0.5)O_(4 δ)(M=Co,Cu)材料结构和电性能的影响。实验结果发现:固相反应可以合成出类钙钛矿结构La_2Ni_(0.5)M_(0.5)O_(4 δ)(M=Co,Cu)材料。随着烧结温度的提高和保温时间的延长,该类材料的晶型更加趋于完整,晶粒尺寸也在不断长大;同时该类材料在1300 ℃、5 h情况下形成的样品,其电导率在空气中于100～800 ℃条件下也在增加,但保温时间对电导率的影响要大于烧结温度对其影响,因此确定该类材料固相反应法合成的烧结温度为1 400 ℃保温时间14 h。掺杂Co、Cu后的材料La_2NiO_(4 δ),其电导率均有增加,但掺杂Co后材料电导率要大于掺杂Cu的电导率。     

共沉淀法合成La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ及其性能表征

以金属硝酸盐、氨水为沉淀剂,采用化学共沉淀法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(简称LSCCF,x=0.05,0.10,0.15,0.20)粉料.借助差示扫描量热法-热重分析法(DSC-TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对600℃,800℃,1 000℃热处理4 h后LSCCF粉料的形成过程、晶体结构和粒度形貌进行了研究.实验结果表明,LSCCF粉料的形成过程分为4个阶段--脱水阶段、分解阶段、LaCoO3基氧化物形成阶段和LSCCF固溶体形成阶段;适宜热处理制度为800℃下保温4 h,且制备出的LSCCF粉料为均一的钙钛矿结构.使用直流四极探针法测定了LSCCF样品在空气气氛下的电导率,发现该体系材料在600～800℃范围的电导率都超过了250 S·cm-1,其导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,且能够满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料的要求.     

共沉淀法合成La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-)及其性能表征

以金属硝酸盐、氨水为沉淀剂,采用化学共沉淀法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-"(简称LSCCF,x=0.05,0.10,0.15,0.20)粉料。借助差示扫描量热法-热重分析法(DSC-TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对600℃,800℃,1000℃热处理4h后LSCCF粉料的形成过程、晶体结构和粒度形貌进行了研究。实验结果表明,LSCCF粉料的形成过程分为4个阶段——脱水阶段、分解阶段、LaCoO3基氧化物形成阶段和LSCCF固溶体形成阶段;适宜热处理制度为800℃下保温4h,且制备出的LSCCF粉料为均一的钙钛矿结构。使用直流四极探针法测定了LSCCF样品在空气气氛下的电导率,发现该体系材料在600～800℃范围的电导率都超过了250S·cm-1,其导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,且能够满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料的要求。     

熔盐法和柠檬酸盐法对LSCF烧结活性的影响

分别采用熔盐法和柠檬酸盐法制备了组成为La_(0.6)Sr_(0.3)Co_(0.3)Fe_(0.7)O_(3-δ)的固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极粉体材料,对比了二者的烧结活性,并对粉体粒度分布和表面活性进行了表征。结果发现柠檬酸盐法合成的粉体具有更高的烧结活性。粒度分析实验表明柠檬酸盐法合成粉体的一次颗粒尺寸比熔盐法大约小了一个数量级;吸附性能实验表明柠檬酸盐法合成的粉体具有更强的吸附能力。较小的颗粒尺寸和较高的粉体表面能使得柠檬酸盐法合成的粉体具有更高的烧结活性。     

钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料

固体氧化物燃料电池(SOFC_s)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视。钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和较好的催化活性而被越来越广泛地应用于SOFCs的阴极材料中。对钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阴极的设计要求出发,着重比较了A_(1-x)Sr_xCoO_3(A=La,Sm,Dy等稀土元素)系列、A_(1-x)Sr_xCo_(1-y)FeyO_(3-δ)、SrSc_xCo_(1-x)O_(3-δ)系列和双钙钛矿系列阴极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望。     

掺杂Fe对正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响

通过共沉淀法合成了掺杂Fe元素的锂离子电池正极材料Li[Ni_(1/3)Co_((1-x)/3)Mn_(1/3)Fe_(x/3)]O_2(x=0、0.1、0.3、0.5、0.7和0.9)。用循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等方法,研究铁、钴元素含量对材料电化学性能的影响。与三元材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2相比,少量Fe掺杂(x=0.1)的Li[Ni_(1/3)Co_(0.9/3)Mn_(1/3)Fe_(0.1/3)]O_2比容量更高,循环性能更好。以0.1 C在2.4~4.5 V恒流充放电,首次、第30次循环的放电比容量分别为168.2 mAh/g、139.1 mAh/g,容量保持率为86.02%。     

SOFC复合阳极材料Cu_xCo_(1-x)O-SDC的制备及性能研究

采用固相反应法制备了Cu_xCo_(1-x)O-S DC复合阳极材料。利用X-射线衍射技术对粉体的性能进行了表征,XRD结果表明CuO、Co_2O_3已生成了互溶新物质Cu_xCo_(1-x)O;Cu_xCo_(1-x)O与S DC在烧结的过程中没有发生相互反应,各自成单相结构。采用直流四电极法测试了Cu_xCo_(1-x)O的电导率,结果表明其在中温条件下也具有较高电导率,其中Cu_(0.6)Co_(0.4)O-S DC阳极样品还原后在500℃测试时具有最高电导率,达到了1 059.443 S/cm。     

Sol-gel法合成La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3及其电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3,通过热重-差热分析法(TG-DTA)、X射线衍射光谱法(XRD)分析了合成过程,在800℃焙烧2 h得到完整的晶体.通过直流伏安法和交流阻抗法研究了材料的电子电导率和离子电导率;在700℃时,La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3的电子电导率和离子电导率分别为386 S/cm和0.001 3 S/cm;La0.8Sr0.2Co0.9Fe0.1O3的电子电导率和离子电导率分别为650 S/cm和0.042 S/cm,能够满足中温燃料电池要求.La0.8Sr0.2Co1-yFeyO3电极过程是由O2-离子界面反应所控制.     

溶胶-凝胶法制备纳米La_(1-x)Sr_xMnO_3及其电催化性能

采用表面活性剂PEG-2000辅助溶胶-凝胶法制备了不同含量锶掺杂纳米La_(1-x)Sr_xMnO_3锌-空气电池催化剂。通过TG-DSC、XRD、FTIR、TEM和极化曲线等方法研究了催化剂La_(1-x)Sr_xMnO_3的结构和电催化性能。结果表明:所制备的La1-xS rxMnO_3为钙钛矿结构,其晶体成型温度在450℃左右、晶粒尺寸处于纳米级别。以La_(1-x)Sr_xMnO_3为催化剂制备空气电极的极化曲线特征表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的电催化性能最好,当极化电压为-600mV(vs.Hg/Hg O)时,氧还原反应极化电流密度可达0.235 A/cm~2,而相同条件下制备的不含锶纳米La MnO3催化剂氧还原反应极化电流密度仅为0.165 A/cm~2,电催化活性显著提升。     

Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)基中温SOFC阴极制备与性能研究

采用Pechini方法制备Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)(x=0,1.5)和Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(CGO)两种阴极粉体,并通过X射线衍射光谱法(XRD)等手段对粉体进行表征,结果表明Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)阴极前驱体在空气中1 150℃退火12 h后能够完全成相。Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/CGO(或Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ))和La_(0.6)S r_(0.4)Co O_(3-δ)(LS C)集电层分别沉积在具有CGO阻挡层的半电池上形成单电池,扫描电子显微镜法(SEM)分析发现功能梯度阴极与CGO阻挡层结合良好。以Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ)/CGO(或者Pr_(2-x)La_xNiO_(4+δ))为阴极的单电池性能测试表明,掺杂不同比例CGO以后,电池输出性能均随之而降低,而以Pr_2NiO_(4+δ)为阴极的电池性能达到相应温度下的最高输出性能。     

烧结温度对LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2三元正极材料结构和电化学性能的影响

将通过化学共沉淀法合成的Ni_(0.7)Co_(0.1)Mn_(0.2)(OH)_2三元前驱体与锂源LiOH·H_2O混合均匀,用高温固相反应法合成LiNi_(0.7)Co_(0.1)Mn_(0.2)O_2三元正极材料。采用XRD、SEM、恒电流充放电电池测试系统和电化学工作站对高温烧结合成的三元正极材料的晶体结构、颗粒形貌和电化学性能进行研究。结果表明,在850℃下高温煅烧合成的LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2材料具有最优的组织结构、微观形貌和电化学性能。0.2 C倍率下首次放电比容量达到191.5 mAh/g,1.0 C倍率下循环50圈后的放电比容量为178.3 mAh/g,容量保持率达96.5%。     

新型ITSOFC阴极材料Ln_(0.7)Sr_(0.3)CoO_(3-δ)的合成与电性能研究

为降低制备阴极材料的成本、促进中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的工业化进程,采用混合稀土作为主要原料.外加SrCO3、CO2O3固相法制备了Ln0.7Sr0.3CoO3-δ(简:LnSC,Ln为混合稀土)复合氧化物.TG-DSC、XRD对LnSC材料的合成过程以及不同温度下烧结行为进行了研究,并考察了LnSC材料的电性能.结果表明:混合稀土促进了SrCO3在700～950 ℃的分解反应,同时在1100℃时新相Ln07Sr0.3CoO3-δ基本形成.1200℃烧结4 h后合成产物为CeO2立方萤石相与钙钛矿相的共存.该材料电导率在340℃时达到最大值638 S/cm,500～800 ℃时,电导率超过500 S/cm,其电导活化能为7.86 kJ/mol.满足ITSOFC对阴极材料的要求.     

中温SOFC用LaGaO3基固体电解质的制备

采用固相反应法成功制备了镓酸镧基固体电解质粉体(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ),X射线衍射分析表明,经1 500 ℃煅烧24 h合成粉体为单相结构,并讨论了煅烧时间、煅烧温度对粉体物相的影响。测试结果表明,粉体的平均粒径为1 μm;粉体经过1 500 ℃下烧结15 h,得到相对密度为99%的陶瓷,采用交流阻抗测试电导率,800 ℃时离子电导率为0.12 S/cm,且高温下(≥650 ℃)活化能为0.8 eV,低温下(≤650 ℃)为1.09 eV。     

全固态锂电池固态电解质烧结工艺研究

Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)系固态电解质具有离子电导率高、安全性好的优点,掺杂Ta元素得到的Li_(6.4)La_3Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)性能更优。通过直接对已商用的Li_(6.4)La_3Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)粉末冷压,并在最佳条件下以不同温度烧结,比较不同温度对材料导电性能的影响。改善装炉方式,通过在刚玉坩埚与电解质间添加氧化锆保护隔离器皿,隔绝高温下氧化铝的渗入,保证电解质片烧结过程中的纯净。实验发现1 000℃烧结时得到的电解质片离子电导率最高,同时发现在烧结过程中不同温度下仍有不同程度的锂损失。同时通过补充外加锂源的实验发现,LiOH·H_2O作为补充锂源时具有增强烧结效果的作用。     

超级电容器用La2BiFeO6纳米纤维制备及电性能

静电纺丝法制备前驱体在氮气保护下900℃煅烧3 h,制得双钙钛矿型La_2BiFeO_6纳米纤维。用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料结构、形貌进行表征,并作为超级电容器电极材料进行电化学性能测试。数据表明:双钙钛矿型La_2BiFeO_6纳米纤维化合物表现出极好的电化学性能,在双电极体系中,电流密度为0.5 A/g时,比电容值可达到223.24F/g。