Sr(Ce0.5-xZr0.5-x)Dy2xO3-x质子导体材料的制备及电性能研究

采用固相法合成了具有质子导电性能的Sr(Ce0.5-xZr0.5-x)Dy2xO3-x(2 x=0.1、0.15、0.2、0.25),采用差热-热重分析(DTA-TG)研究粉体的预合成制度,通过X射线衍射光谱法(XRD)对合成产物的结构进行了分析,采用排水法测定了试样的烧结密度,利用四探针法测定了材料在湿氢气气氛400～1 000 ℃下的电导率,研究了温度及掺杂量对材料电性能的影响.研究表明,Dy掺杂锆铈酸锶具有钙钛矿型结构,400～1 000 ℃时材料的电导率随温度的升高逐渐升高,并且当掺杂量2 x≤0.2时,电导率随掺杂量的增加而增大,当掺杂量2 x＞0.2时,电导率反而下降.当2 x=0.2,测试温度为1 000 ℃时,材料的电导率达到最大,即1.6×10-2 S/cm.     

络合-燃烧法制备BaZr0.68 Ce0.17Y0.15O2.925质子导体

采用络合-燃烧法以柠檬酸作为络合剂和燃料成功制备出了钙钛矿型质子导体BaZr0.68Ce0.17Y0.15O2.92(5BZCY),粉体经1000℃煅烧后就得到了单相产物。通过热重-差示扫描量热法(TG-DSC)和X射线衍射法(XRD)等手段详细研究了凝胶经燃烧成为多种氧化物/碳酸盐,再经煅烧得到单相产物的整个过程中所发生的变化,并结合产物的XRD衍射数据确定了晶体的结构,计算出了晶体的晶胞参数和理论密度。研究结果表明柠檬酸络合-燃烧法是一种有效的低温制备复杂复合氧化物的方法。     

SOFC用钙钛矿型质子传导固体电解质

钙钛矿型高温质子导体BaCeO3、SrCeO3和MZrO3在纯H2气氛中为纯质子导体,但在SOFC工作条件下,有些表现为质子、氧离子,甚至电子的混合导体,有些质子导体在CO2气氛中的化学稳定性较差.通过掺杂和化学计量比的控制,这些问题可以得到改善.介绍了钙钛矿型质子导体SOFC的工作原理、质子传输机理及SOFC用电解质的性能.     

复合BaTiO3的Li0.5La0.5TiO3固体电解质的制备和性能

采用高温固相法合成具有高离子电导率的固体电解质Li0.5La0.5TiO3,并以Li0.5La0.5TiO3为母体,通过复合高介电纳米BaTiO3制得一系列不同复合量的复合电解质。对样品进行XRD、SEM分析,并应用交流阻抗技术测试其电导率。母体钛酸镧锂(LLTO)为存在超结构的立方晶体,30℃时晶粒电导率为1.1×10-3S/cm。在复合样品中,LLTO与BaTiO3形成具有棒状结构的钙钛矿型固溶体(Li、La、Ba)TiO3。在低的复合量下(小于10%),复合样品的晶粒电导率比纯样晶粒电导率高。120℃时,母体与复合5%样品的晶粒电导率分别为0.84×10-2、2.39×10-2S/cm,活化能分别为0.22、0.40eV。     

新型石榴石结构锂快离子导体Li_5La_3M_2O_(12)的研究进展

锂离子无机固态电解质是先进锂电池材料研究的重点之一,对未来锂电池的发展具有重要意义。与传统锂离子无机固态电解质相比较,这种新型锂无机固态电解质Li5La3M2O12具有高的离子电导率、电子电导率可以忽略、与电极材料的稳定性好、安全无泄漏、高的电化学分解电压和环境友好等优越性能。石榴石结构锂快离子导体是一种新型的锂无机固态电解质材料,有关这方面的研究不多。分别从结构、导电机理、合成方法、电导率测量、改性处理等方面进行阐述。最后指出了Li5La3M2O12无机固态电解质存在的问题和今后的研究重点。     

磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

将聚醚醚酮(PEEK)与浓硫酸混合,得到了磺化度为73.49％的磺化聚醚醚酮(SPEEK);在SPEEK中加入不同含量的聚丙烯腈(PAN),通过静电纺丝制备出了纳米纤维型质子交换膜(S/P复合膜).通过热压,减小了纤维膜内的孔隙和厚度,有效降低了膜内的燃料分子渗透现象与传导阻抗.结果显示,当PAN质量分数为5％时,S/P复合膜具有与Nafion 211膜相近的吸水溶胀率,但有更高的质子传导率与机械性能.在70℃,100％湿度条件下,S/P复合膜具有更大的输出功率.     

钐掺杂La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质的合成及电性能

固体氧化物燃料电池（SOFC）的发展需要合适的电解质材料。采用高温固相反应法制备钐（Sm）掺杂La_0.9Sr_0.1Ga_0.8 Mg_0.2O_3-δ固体电解质,利用XRD和阻抗谱分析样品的结构及电性能。样品的电性能与Sm的掺杂量及晶体结构密切相关。所有样品均具有钙钛矿结构,随着Sm掺杂量的增加,晶胞扭曲逐渐增大,晶胞体积和自由体积在10%Sm掺杂时达到最大。10%Sm掺杂样品在整个温度区间具有最高的离子电导率(4.4×10^-2 S/cm, 800℃),超过未掺杂样品;在低温和高温区还有最低的导电活化能,分别为0.89 eV和0.60 eV。小半径稀土掺杂,可提高稀土镓酸盐的电性能。     

无CO2排放型乙烷质子陶瓷膜燃料电池的研究

采用柠檬酸-硝酸盐燃烧法合成了Y和Nd共掺杂的铈酸钡BaCe0.8Y0.15Nd0.05O3-δ(BCYN)质子导体,并将其与多孔Pt电极组装了乙烷制乙烯共发电固体氧化物燃料电池(SOFC)。多孔Pt电极对乙烷脱氢和氧还原均具有很好的催化活性。BCYN质子陶瓷电解质膜则能够将阳极的碳氢化合物气体与阴极的氧隔开,从而避免乙烷的深度氧化而排放出CO2温室气体并且提高乙烯产物的选择性。在650℃时,电池的最大功率密度为146 mW/cm2,乙烷的转化率为18.6%,选择性为96.7%,主要副产物为甲烷。     

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。     

制备工艺对(ZrO2)0.90-(Y2O3)0.04-(CaO)0.06电解质材料电性能的影响

目前ZrO2基三元系材料的研究是固体电解质材料领域的一个热点.在关于ZrO2-Y2O3-CaO系统电解质材料电性能研究的前期工作的基础上,探讨了不同的制备工艺对(ZrO2)0.90-(Y2O3)0.04-(CaO)0.06材料的电导率的影响问题,发现:对于常规烧结的试样,其电导率随相对密度的提高而增大;与常规烧结相比,微波烧结能使材料具有更均匀的微观结构,更小的晶粒平均尺寸.较小的晶粒尺寸导致的较为显著的晶界效应是微波烧结试样的电导率有所降低的主要原因.由于微波烧结可以改善材料的力学性能,因此认为微波烧结是制备ZrO2-Y2O3-CaO系统电解质材料的一条有效途径.     

多元素掺杂La0.7Sr0.3FexCo0.9-xMe0.1O3-δ的制备与性能

采用传统固相法制备La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_xCo_(0.9-x)Me_(0.1)O_(3–δ)系列阴极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、直流四探针法对材料的结构与性能进行研究。XRD研究结果表明,掺杂不同元素、不同比例的阴极材料在1 000℃煅烧10 h,全部形成了稳定的钙钛矿结构,并且不同成分的阴极材料与电解质SDC在煅烧的过程中未发生反应,具有良好的化学稳定性。采用直流四电极法测试了La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_xCo_(0.9-x)Me_(0.1)O_(3–δ)系列阴极材料的电导率,结果表明:在测试温度400～800℃条件下,阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_xCo_(0.9-x)Me_(0.1)O_(3–δ)系列具有较高的电导率,其中La_(0.7)Sr_(0.3)Fe_(0.7)Co_(0.2)Cu_(0.1)O_(3–δ)样品具有最高的电导率,在550℃时电导率达到了645.548 S/cm。     

无机质子传导膜的制备及性能研究

采用电化学沉积法和溶胶 凝胶法制备了一种磷酸盐无机质子传导膜 ,交流阻抗法测得电化学沉积法制得的膜的电导率可达 10 -2 S/cm ,负压渗透系统研究膜的密实性表明 :在磷酸盐沉积量为 2 %左右时 ,膜的透过性可降低 95 %以上。采用同步辐射X射线衍射研究了沉积磷酸盐的结构 ,用扫描电镜观察了沉积磷酸盐后的膜的表面形貌     

固体电解质La_2Mo_(2-x)Al_xO_(9-δ)的制备及性能

采用固相法制备电解质材料La_2Mo_(2-x)Al_xO_(9-δ)(x=0、0.2、0.4和0.6),通过SEM、XRD、电化学阻抗谱(EIS)等方法对样品进行分析。制备的电解质样品均已抑制了相变;在950℃烧结,能得到孔隙率低于5%的陶瓷烧结体;随着铝掺杂量x的增加,氧离子电导率σ呈现逐渐变小的趋势;当温度为800℃、x=0.2时,σ为22.47 mS/cm,活化能Ea为1.053 eV。     

三维网络阻燃硅凝胶电解质的制备及电性能

采用原位聚合工艺制备三维网络阻燃硅凝胶电解质,并通过交流阻抗、倍率、循环对其电性能进行表征.研究结果表明:三维网络阻燃硅凝胶电解质具有一定的机械强度,并且对正、负极具有一定的保护作用,其室温离子电导率大于5×10-4 S/cm,采用三维网络阻燃硅凝胶电解质制备的凝胶电池循环性能较好,0.33 C循环预计达到500周@8...     

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.     

La1-xCaxMn1-yCoyO3-δ阴极材料的电性能

降低电池叠堆的运行温度是研究固体氧化物燃料电池的一个重要目的。利用固相反应合成与直流四探针法讨论了复合掺杂阴极材料La1-xCaxMn1-yCoyO3 -δ(LCMC ,x =0 .1～ 0 .4;y =0 .1～ 0 .3 )的合成原料、组分及烧结温度等因素对其电导率的影响。实验发现 ,La0 .8Ca0 .2 Mn0 .9Co0 .1O3 -δ80 0℃时具有最高的电导率 ,而导电表观活化能却最低 ;反应原材料成分及烧结温度越高则导电性能越好。LCMC复合材料的导电机理可以用p型小极子的绝热空隙理论来解释。     

改性聚苯乙烯磺酸质子交换膜材料的制备及机理

为了将价廉易得的聚苯乙烯磺酸类材料重新用作先进燃料电池的质子交换膜,以便大大地降低质子交换膜燃料电池的成本,文章采用模型化合物、C13核磁共振谱、饱和铁氰化钾溶液等进行化学稳定性实验,做成实验电池进行恒电流充放电循环,以及以铂黑(Pt)为电催化剂制备膜电极组件并组装单体电池进行测试等方法对含叔碳氢原子的聚苯乙烯磺酸聚合物与不含叔碳氢原子的聚a-甲基苯乙烯磺酸聚合物进行了对比研究。研究结果表明,对比经老化处理前后的模型化合物对异丙基苯磺酸与对叔丁基苯磺酸的C13核磁共振图谱,前者在羧基与酯基的特征区(169×10-6～180 ×10-6)、羟基碳或醚基碳的特征区(50×10-6～80×10-6)及直链碳的特征区(15×10-6～35×10-6)都有强吸收峰,而后者却仅在170 ×10-6处有弱吸收峰;聚苯乙烯磺酸膜浸泡在饱和铁氰化钾溶液8天后的质量损失高达20%,而聚a-甲基苯乙烯磺酸膜的质量损失仅为7.0%左右;以聚苯乙烯磺酸膜为隔膜的实验电池经过恒电流充放电循环120次后的电池容量不到初始容量的50%,电池已失效,而以聚a-甲基苯乙烯磺酸膜为隔膜的实验电池在经过120次恒电流充放电循环后的电池容量为初始容量的84%,且经过300次循环后的容量仍维持在初始容量的70%以上;以铂黑(Pt)为电催化剂,聚a-甲基苯乙烯磺酸膜     

Ni-ZrO_2金属陶瓷的制备及电性能

目前Ｎｉ－ＺｒＯ２金属陶瓷极认为是一种有潜力的固体氧化物燃料电池用负极材料而得到重视。本文通过对ＮｉＯ－ＺｒＯ２复相陶瓷进厅还原处理,制毒了Ｎｉ－ＺｒＯ２,金属陶瓷。测试了复相陶瓷的高温电导率及其在还原过程中的变化情况和最终得到的金属陶瓷的高温电导率,分别探讨了复相陶瓷和金属陶瓷的导电机制。对复相陶瓷还原过程中材料显微结构的变化进行了初步的分析。主要结论如下：（１）复相陶瓷中电导的主要通道是Ｙ－ＺｒＯ２相;（２）复相陶瓷的还原过程可以分为三个阶段,即：化学后应速率控制阶段、扩散控制阶段和Ｎｉ的熔融加剧阶段;（３）金属陶瓷的电导在Ｎｉ含量较低时,田Ｙ－ＺｒＯ２相中Ｖ。（带有＋２价电荷的氧空位）的运动决定;反之,则由Ｎｉ相中的电子电导决定。