中温固体电解质Ce_(0.8)Gd_(0.2-x)Y_xO_(2-δ)(x=0,0.05,0.10)的制备与性能研究

用溶胶-凝胶法合成了固体电解质Ce0.8Gd0.2-xYxO2-δ(x=0,0.05,0.10).用X射线衍射谱、拉曼光谱分析了样品的微观结构,用交流复阻抗谱研究了样品的电学性能.结果表明:800℃焙烧的所有样品均为具有氧缺位的单相立方萤石结构,晶胞参数随钇(Y)掺杂量增加而减小.钇掺杂量x=0.05的样品Ce0.8Gd0.15Y0.05O2-δ的电导率最高,导电活化能最小,(σ700℃=5.58×10-3S·cm-1,Eα=0.92 eV),高于未掺杂Y的Ce0.8Gd0.2O2-δ样品的电导率(σ700℃=5.38×10-3S·cm-1Eα=1.09 eV).说明适量双掺杂Y提高了Ce0.8Gd0.2-xYxO2-δ的电导率并且降低了其活化能.     

掺杂铈基电解质Ce0.8Sm0.2-xYxO1.9的制备和性能

采用硝酸盐-柠檬酸法合成了Ce0.8Sm0.2-xYxO1.9（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20）粉体材料,并用其制备电解质陶瓷片。对合成粉体的结构、形貌、颗粒大小、烧结性能及电解质陶瓷片的电导率和电导活化能等进行研究,测量了以其为电解质的SOFC单电池在不同工作温度下的开路电压、放电伏安特性。结果表明：在所制备的5种电解质材料中,Ce0.8Sm0.15Y0.05O1.9具有较高的电导率和较低的电导活化能,用其组装的SOFC单电池输出功率和短路电流密度最大,在700-800℃最大输出功率密度已经达到实用化的要求,这种Ce0.8Sm0.15Y0.05O1.9材料可作为中温氧化物燃料电池的电解质。     

新型SOFC电解质Ce0.8Sm0.2O1.9的制备与表征

采用溶液共混煅烧法于800℃制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(简称SDC)粉体。XRD分析表明Sm3 离子完全固溶在CeO2中,形成单相立方萤石结构SDC,晶粒平均粒径在1—3μm。用此粉体成型后在1 450℃烧结4 h获得了91.9%的相对密度。该固体电解质在800℃的电导率为0.087 S.cm-1。     

硝酸盐-柠檬酸法制备Ce0.8 Sm0.2 O1.9及其性能研究

采用硝酸盐-柠檬酸法制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(简称SDC)纳米粉体.XRD分析表明,不同温度下焙烧所合成的SDC均属于立方萤石结构,晶粒平均粒径在5.4~24.3nm,TEM结果显示SDC纳米粉成球形,晶粒尺寸分布均匀.粒度分布测试结果显示,此方法制备的SDC粉体活性较高,存在明显的团聚现象.TGA-DSC结果显示在400℃基本完成干凝胶的分解.800℃焙烧2 h的粉体的烧结曲线显示自641.1℃开始烧结收缩,在1 300℃烧结2 h坯体收缩11.7%.1 400℃烧结10 h的SDC固体电解质在600℃和800℃电导率分别为0.020 1和0.197 S.cm-1,离子导电活化能为104.2 kJ.mol-1,在氢气气氛下总电导率约为空气气氛的2倍.     

以共沉法制备Ce0.8M0.2O1.9固态电解质特性研究

以共沉法制备Ce0.8M0.2O1.9(M=La,Sm,Gd和Y)纳米粉末对于其结晶结构、显微特性及离子导电率进行探讨。粉末利用单轴压力机压制一丸形块材,所有试片以1 500℃持温5 h进行烧结,其密度皆高于90%理论密度。掺杂不同三价稀土元素到氧化铈基的固态电解质由XRD分析可知为立方萤石结构,因离子半径大小不同其主要绕射峰会有所偏移。在500—850℃之间进行Ce0.8M0.2O1.9(M=La,Sm,Gd和Y)离子导电率的量测,可发现掺杂Ce0.8Sm0.2O1.9有最大导电率(σ700℃=3.97×10-2S/cm)且有最小活化能Ea=0.637 eV,显示出掺杂的Sm3 与Ce4 的离子半径相近,其氧空缺具有最小的缔合焓。4种掺杂的三价稀土元素中,以Ce0.8La0.2O1.9的破裂韧性值最高(KIC=6.73 MPa.m1/2),代表掺杂三价镧可有效改善电解质的机械性质,当组装电池组件后,较能抵抗微裂缝(Mircocrack)的产生。     

Ce_(1-x)Ho_xO_(2-δ)(x=0.05～0.3)固体电解质的性能研究

利用溶胶-凝胶法合成固体电解质Ce1-xHoxO2-δ(x=0.05～0.30),采用X-射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)对样品的结构进行表征,利用交流阻抗谱测试掺杂稀土Ho对其电性能的影响.XRD结果表明:800℃焙烧的所有样品均为单相立方萤石结构,Raman光谱表明:Ce0.85Ho0.15O2-δ具有氧缺位的萤石结构,AFM照片显示Ce0.85Ho0.15O2-δ致密度较好,阻抗谱结果表明:掺入Ho3+提高了Ce1-xHoxO2-δ的电导率,Ce0.85Ho0.15O2-δ的电导率最高,活化能最小,600℃时的电导率为0.016 S·cm-1,活化能为0.92 eV,比未掺杂的CeO2的电导率提高了4个数量级.     

La0.9Sr0.1Ga0.8-xCoxMg0.2O3-δ(x=0, 0.05, 0.08)的结构和导电性

用固相反应法合成了La0.9Sr0.1Ga0.8-xCoxMg0.2O3-δ(x=0,0.05,0.08))。XRD数据的Rietveld法精修表明其为体心正交结构,空间群Imma。掺Co量增大时,正交晶胞的晶格常数线性降低。采用直流四电极法和Hebb-Wagner极化法测定了总电导率和电子电导率。结果表明,氧离子电导率和总电导率随掺Co量增加而增大;掺Co可降低电导活化能,La0.9Sr0.1Ga0.8-xCoxMg0.2O3-δ对应x=0,0.05,0.08的活化能分别为0.978,0.739,0.489 eV。掺Co量达到0.08时,氧离子迁移数降为0.8。     

Ge掺杂Sm0.2Ce0.8O1.9电解质材料制备与性能研究

采用溶胶凝胶法合成了不同Ge含量的Ge_xSm_0.2Ce_0.8-xO_1.9(x=0～0.04,xGSDC)电解质粉体.XRD结果表明：Ge⁴⁺在xGSDC电解质中的固溶度低于4%;SEM和致密度结果分析表明1GSDC比SDC具有更高的致密度,Ge掺杂提高材料的烧结性能,1 450℃烧结的1GSDC的致密度为99.30%;1 450℃烧结的1GSDC在750℃下电导率为0.050 S·cm^-1,而SDC在750℃下的电导率为0.034 S·cm^-1,Ge的掺杂提高了1GSDC的晶界电导;以1GSDC为电解质的单电池在750℃的最大功率密度达到552 mW/cm².     

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.     

锂离子电池正极材料LiMn0.95Zn0.05PO4/C的固相合成及电化学性能

以PEG为新型碳源,采用简单固相法合成了锌离子掺杂的锂离子电池正极材料LiMn0.95Zn0.05PO4/C。采用XRD和电化学测试分别研究了预分解温度对LiMn0.95Zn0.05PO4/C结构及性能的影响。实验结果表明预分解温度为500℃合成的LiMn0.95Zn0.05PO4/C具有最好的放电性能,0.02 C首次放电比容量可以达到131.7 mA.h.g-1,达到文献较好水平。考察了最佳条件合成样品的倍率性能和循环伏安特性。     

掺杂Co(Ⅱ)非晶态Ni(OH)2的制备及其电化学性能

采用微乳液快速共沉淀法制备了掺杂Co非晶态氢氧化镍超细粉体样品材料,对其晶态、结构形貌进行了表征分析,研究了材料合成条件对其充放电等性能的影响,讨论其相应的作用机理,并测定了合成掺杂材料的循环伏安特性.所制材料样品的氧化还原可逆循环性和稳定性好:样品电极在恒流100 mA/g下充电4 h,50 mA/g放电,终止电压为1.0 V时,放电电压稳定于1.240 V,放电比容量达317.75 mAh/g,电化学活性较高.     

中温固体氧化物燃料电池阴极Pr_(0.6-z)Sr_(0.4)Co_(0.8)Fe_(0.2)0_(3-δ)性能研究

采用溶胶-凝胶法合成固体氧化物燃料电池阴极系粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.203-δ(PSCF)(z=0,0.02,0.05).使用X射线衍射(XRD)对其相结构与形貌进行了分析,结果表明,900℃焙烧后的阴极粉体Pr0.6-zSr0.4Co0.8Fe0.203-δ(z=0,0.02,0.05)为单一的钙钛矿结构.用交流阻抗法测定了PSCF-Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)体系的阻抗谱,得到1 000℃烧结的阴极体系对称电池在测试温度为750℃时z=0,z=0.02,z=0.05的极化电阻分别为0.041,0.040,0.034Ωcm-2.采用直流四电极法测试以电解质(SDC)为支撑体,以湿氢气作燃料的单电池(NiO-SDC/SDC/PSCF-SDC),测试温度为800℃时z=0,z=0.02,z=0.05的最高功率密度分别为527,561,555 mW/cm2.     

疏松多孔Ce0.9Gd0.1O1.95电解质骨架对GdBa0.7 Sr0.3 Co2O5+δ阴极材料性能的影响

采用EDTA-柠檬酸盐改进的溶胶凝胶法成功制备出用于中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)的阴极材料GdBa_(0.7)Sr_(0.3)Co_2O_(5+δ)(GBSCO)和电解质材料Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)(GDC),使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了材料的晶体结构和微观结构特性。采用电化学交流阻抗谱(EIS)和线性扫描伏安法(LSV),对组装的对称半电池三电极体系的电化学性能进行了表征。实验结果表明:随着测试温度的升高,两种不同结构半电池的电化学性能均有明显提升。当测试温度为750℃时,半电池GBSCO//GDC的面积比界面电阻为0.166Ω·cm~2,极化电流密度为0.370 A·cm~(-2);相同温度下,半电池GBSCO//多孔GDC骨架/GDC的面积比界面电阻为0.118Ω·cm~2,极化电流密度为0.763 A·cm~(-2);后者的面积比界面电阻要比前者低0.048Ω·cm~2,而极化电流密度要比前者高0.393 A·cm~(-2)。体现了GBSCO//多孔GDC骨架/GDC结构的优异性。     

Co、Sr复合掺杂β-Ni(OH)2纳米粒子的制备及性能

用微乳液法制备了Co、Sr复合掺杂β-Ni(OH)2纳米粒子,详细研究了合成工艺条件对化学粒子结构形态与电化学性能的影响,探讨了掺杂纳米氢氧化镍电化学活性的作用机理.对样品分别进行了XRD、TEM分析,以及充放电性能和循环伏安特性的测试.结果表明,在pH=10.5、t=40℃,掺杂剂CoSO4、SrCl2的质量分数为3%、7%时,样品的平均粒径为35 nm左右,且分布较为均匀,无明显团聚现象.该条件下制备的样品以0.1C的倍率放电,在终止电位为1.0 V时,其比容量可达286.2 mAh/g,放电工作电位平稳于1.27 V.     

复合凝胶聚合物电解质的制备及电化学性能

以偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物为基体,通过与聚甲基丙烯酸甲酯共混,加入导电盐LiPFs、增塑剂聚乙烯吡咯烷酮,制备了高电导率的复合凝胶聚合物电解质（CGPE）。用红外光谱测试了聚合物电解质膜的结构,用交流阻抗法测试了CGPE的导电性能,用线性扫描伏安法研究了它的电化学稳定性。测试了以CGPE为电解质制备的锂离子电池的充放电性能。结果表明,当聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）质量分数为20％时,CGPE电导率大于10^-3s／cm,在4．65V电化学窗口以下稳定。以磷酸亚铁锂为正极时,在0．1C和0．2C倍率下放电时,聚合物电解质电池的首次放电容量分别为138mAh／g和98．3mAh／g。     

La掺杂BaTi_2O_5薄膜的制备及性能

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了不同摩尔分数La掺杂BaTi2O5薄膜。研究了不同La掺量的BaTi2O5(Ba1-xLaxTi2O5)薄膜的物相组成、介电性能和铁电性能。XRD分析结果表明,采用溶胶-凝胶法经过850℃退火制备的Ba1-xLaxTi2O5(0≤x≤0.01)薄膜样品结晶较好,无杂相出现。La掺杂提高了薄膜的介电性能和铁电性能,当掺杂量0.004≤x≤0.008,测试频率为1MHz时,薄膜的介电常数约为630;当x=0.004时,掺La的BaTi2O5薄膜的剩余极化值最大,2Pr=2.1μC/cm2。