La0.7Sr0.3Co1-yFeyO3-δ阴极材料的制备与导电性能研究

采用低温燃烧合成法制备了用作中低温固体氧化物燃料电池的阴极材料La0.7Sr0.3Co1-yFeyO3-δ(y=0.00,0.20,0.25,0.30,0.35,0.40).分别利用TG-DSC、XRD表征了La0.7Sr0.3Co1-yFeyO3-δ形成过程的晶型演化行为和物相组成,结果表明该粉体经900℃热处理后可形成钙钛矿结构,随着Fe含量增加,衍射峰向低角度方向偏移.利用直流四端子法测试了La0.7Sr0.3Co1-yFeyO3-δ的电导率,结果表明样品的电导率随Fe含量的增加而降低.在所测量的温度范围内,y=0样品的电导率随温度升高而减小,符合类金属导电行为;其余样品的电导率随温度的升高而增大,服从半导体导电机理.在测试温度范围内,材料的电导率均大于600 S·cm-1.     

尿素燃烧法合成La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ及其性能表征

采用尿素燃烧法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ粉体.分别利用TG-DSC、XRD和SEM对产物的形成过程、晶体结构和显微形貌进行了研究.结果表明,La0.8Sr0.2FeyCo1-yO3-δ粉体的主晶相为钙钛矿结构,个别试样伴有少量杂峰.采用直流四端子法测试了烧结后试样在500℃～800℃范围内的电导率,实验结果表明,y=0时,样品的电导率最大,且随温度升高而单调下降呈金属型导电;其它样品(y=0.20,0.25,0.30,0.35,0.40)的电导率随温度升高而增大,符合小极化子导电机制;在测试温度范围内,材料的电导率均大于400S/cm.     

钙钛矿型氧化物La1-xSrxFeO3-δ的成相过程和结构

利用TG-DTA 热分析仪和X射线衍射(XRD)研究了固相反应法合成钙钛矿型复合氧化物La0.6Sr0.4FeO3-δ的成相过程和La1-xSrxFeO3-δ的晶体结构.结果发现,用固相反应法合成La0.6Sr0.4FeO3-δ时,配置研磨好的粉料在烧结过程中,经过多次吸热反应,到840℃开始出现La0.3Sr0.7FeO3-δ晶相,再经过更大的吸热反应,到1000℃时,La0.6Sr0.4FeO3-δ已成为主晶相.在1250℃烧结2h样品基本上已成为单一钙钛矿型结构La0.6Sr0.4FeO3-δ. 同时给出了钙钛矿型复合氧化物La1-xSrxFeO3-δ( x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8)的晶体结构和晶粒大小.     

(La1-xPrx) 2/3Sr1/3CoO3 的成相过程与电导性能研究

采用固相反应法合成了(La1-xPrx) 2/3Sr1/3CoO3 (x=0.2,0.4,0.6,0.8) 双稀土氧化物系列粉体,研究了(La0.6Pr0.4) 2/3Sr1/3CoO3的成相过程和电导性能.结果表明,在实验过程中首先出现了La2O(CO3)和La2SrOx相,而La2SrOx相在270℃～910℃的较大范围内一直存在,再经过两次吸热到910℃时出现了(La0.6Pr0.4) 2/3Sr1/3CoO3 晶相,当温度达到1000℃时,(La0.6Pr0.4) 2/3Sr1/3CoO3 成为主晶相,在1250℃下烧结2h后,样品已成单一钙钛矿结构(La0.6Pr0.4) 2/3Sr1/3CoO3相.(La1-xPrx)2/3Sr1/3CoO3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)双稀土氧化物的电导率在700℃附近时出现最大值,其中(La0.8Pr0.2) 2/3Sr1/3CoO3的电导率在中温范围内最大,适合作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料.     

钙钛矿氧化物Eu_(1-x)Sr_xCoO_(3-δ)的结构和性能

以固相反应法合成了钙钛矿型复合氧化物Eu_(1-x)Sr_xCoO_(3-δ)(x=0.1,0.3,0.5,0.7)材料。研究了各样品的晶体结构、化学状态和电输运性能,测试了样品在不同温度下的直流电导率。结果表明,合成样品都呈类钙钛矿结构,在低温段,载流子具有p型小极化子导电特征,同时,样品随着掺杂比例的变化晶格氧变化较大,Eu0.5Sr0.5CoO3-δ氧空位浓度最大,氧输运性能较好,是较好的固体氧化物燃料电池阴极材料。     

改进固相法制备钙钛矿结构La1-x Srx Ga1-y Mgy O3-δ及其性质研究

采用改进固相法合成了具有钙钛矿结构的中温固体电解质La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM),用TG-DTA和X射线衍射仪分析了LSGM材料中钙钛矿相的形成过程,利用SEM、交流阻抗谱等检测技术,对LSGM电解质结构及电性能进行表征.XRD分析表明,随着温度的升高,粉体中杂相含量越来越少,在1450℃烧结后形成了单一的钙钛矿相结构.交流阻抗谱检测表明,烧结样品具有稳定的离子电导性能,在800℃时,电导率约为6.8×10-2S/cm.     

新型SOFC阳极材料La0.7Sr0.3Cr0.5-yMn0.5-zCo(y+z)O3的制备和性能表征

采用了甘氨酸-硝酸盐法制备了La0.7Sr0.3Cr0.5-yMn0.5-zCo（y＋z）O3（y,z=0.1,0.2）系列阳极材料。借助XRD,SEM对所制备的材料进行了物相和形貌分析。XRD表明利用GNP法制得的粉体在1350℃烧结5h可以形成完整的钙钛矿相;SEM分析可知所得物料颗粒呈球状,尺寸约为1μm,且没有团聚现象。同时,XRD显示La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.4Co0.1O3和La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3电解质之间具有较好的化学相容性。采用直流四探针法测试了不同组成材料在250～800℃温度范围内在空气中的电导率,发现该系列材料在该温度段范围符合小极化子导电机制。另外,利用直流四探针法测试了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.4Co0.1O3在不同还原气氛下的电导率,在CH4和H2气氛中,La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.4Co0.1O3最大电导率分别达到了4.5和0.42S·cm^-1。     

固体氧化物燃料电池La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ-SDC复合阳极性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)阳极粉体。X射线衍射(XRD)分析结果显示,在1000℃下焙烧4 h处理后,粉体为单一的钙钛矿相结构。应用单向压力成型方法、空气中1450℃下烧结8 h制备了Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质片,应用丝网印刷方法在SDC电解质两侧分别涂覆La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ阳极和Pr0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ-SDC(PSCF-SDC)复合阴极,组成电解质支撑型固体氧化物燃料单电池。扫描电镜(SEM)观察显示,制备的电解质致密,阳极和阴极孔隙大小分布均匀,阳极厚度约为20μm,阴极厚度为10μm。用湿氢气作燃料,在800℃下获得的最大输出功率为232.84 mW/cm2,短路电流为919.84 mA/cm2。为了提高LSCM阳极材料催化活性,阳极中掺入少量SDC构成复合阳极。La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3-δ-10%SDC复合阳极的单电池输出功率明显提高,最大输出功率为340 mW/cm2。     

固相反应合成La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ过程热力学分析

把合成La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ（LSCM）的物料进行混合、研磨和烧结。对合成过程中的各种物料行为进行分析，根据热力学数据△G和△H的计算结果，对物料之间可能发生的反应及产物分析预测，并根据吉布斯自由能最小原理，绘出不同温度下反应体系中组分的种类及含量图，确定合成LSCM的热力学条件。从热力学角度来看，钙钛矿在低温下就可生成，但是在低温下固相反应的动力学条件不足。用XRD，TC-DTA等检测手段对热力学分析结果进行了验证。实验结果显示，1000℃下烧结后，有较多钙钛矿生成，1250℃下烧结15h后得到了单一钙钛矿型材料。     

Ce0.8Sm0.2O1.9-La9.33Si6O26复合材料的制备与氧离子导电性

为了提高Ce0.8Sm0.2O1.9(CSO)基氧离子导电材料的离子导电性,用2步化学共沉淀法制备Ce0.8Sm0.2O1.9La9.33 Si6O26(CSO-LSO)氧离子导电复合材料.通过X射线衍射分析材料的物相组成,利用扫描电子显微镜观察材料的微观形貌,利用交流阻抗分析测试材料的离子导电特性.结果表明,经300℃煅烧可得到纯相的CSO粉体,平均晶粒尺寸为9.8 nm.在整个测试温度范围内,CSO-LSO复合材料的氧离子电导率比单相CSO提高了10倍以上;700℃时,CSO-LSO复合材料电导率为0.12 S.cm-1,比CSO的总电导率(0.008 6 S·cm-1)提高约14倍.通过分析得出界面效应是提高复合材料电导率的主要因素.     

La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ电解质材料的合成及性能研究

对合成La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)电解质的制备过程做了TG-DTA分析,然后采用固相法合成LSGM电解质材料。利用XRD、粒度分析、交流阻抗谱等检测技术,对LSGM电解质结构及性能进行表征。XRD分析表明,在1 000℃烧结后,粉体开始形成钙钛矿结构,随着温度的升高,粉体中杂相含量越来越少,经1 000℃和1 450℃两次烧结后,形成了单一的钙钛矿结构相;粒度分析表明,合成电解质粉体的粒径较为合理;交流阻抗谱检测表明,烧结样品具有稳定的离子电导性能,在800℃时,电导率约为1.2S/m。     

阴极材料La0.7Sr0.2Ca0.1Co1-yFeyO3-δ的微波烧结法制备及性能

以碳酸盐和氧化物为原料,采用微波固相烧结法制备了La0.7Sr0.2Ca0.1Co1-yFeyO3-δ(简称:LSCCF,y=0.1,0.2,和0.4)粉料.借助差示扫描量热-热重分析 (DSC-TG) 、X 射线衍射分析(XRD) 和扫描电子显微镜( SEM) 对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3个阶段--反应原料的变化阶段、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1 200 ℃下保温30 min,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,发现该体系材料的电导率随着烧结温度的升高和Fe2 含量的减少而变大,在500～800 ℃范围内,大于500 S/cm,高于固相合成法的电导率最大值100 S/cm.LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质的混合物在800 ℃下烧结10 h后没有新相生成,表明LSCCF 粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质具有良好的化学相容性.     

La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ的柠檬酸盐法制备和性能

采用柠檬酸盐法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(LSCCF,x=0.05,0.1,0.15和0.2)粉料.TG-DSC分析表明,凝胶在320℃～558℃分解为相应的氧化物.XRD测试表明产物前躯体在800℃下热处理3h就可制备出具有畸变钙钛矿结构的LSCCF粉料.电导率测试表明,随着烧结温度的升高和Sr2+含量的增加,样品电导率变大,其导电活化能变小.在600℃～800℃范围内,LSCCF样品的电导率为102S/cm～103S/cm,能够满足中温固体氧化物燃料电池阴极材料的要求.LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质在800℃下烧结10h后没有新相生成,表明LSCCF粉料与Ce0.8Sm0.2O2电解质具有良好的化学相容性.     

Ba3Ca1+xNb2?xO9?δ复合钙钛矿型固体电解质性能研究

高温质子导体固体电解质Ba₃Ca_1+xNb_2?xO_9?δ化学性质稳定,中低温电导率较高,具有较好的应用前景。采用固相合成法制备得到了复合钙钛矿相的Ba₃Ca_1+xNb_2?xO_9?δ（x=0、0.10、0.18、0.30）材料。随着Ca掺杂量的增加Ba₃Ca_1+xNb_2?xO_9?δ样品的电导率先增加后降低,x=0.18的样品电导率最高。Ba₃Ca_1+xNb_2?xO_9?δ材料在含氢中的电子空穴迁移数较低,当温度低于750 ℃时,材料中质子导电为主;当温度达800 ℃后,材料中氧离子导电为主。x=0.10的样品质子迁移数最高,随着掺杂量的增加样品氧离子迁移数逐渐增大,质子迁移数逐渐降低。      

稀土对α-K7[SiFe3(OH2)3W9O37]多金属氧酸盐化学扩渗和导电性的影响

用改进方法合成了标题化合物。采用气相法通过固-气反应,研究多组分稀土对所合成多金属氧酸盐的化学热扩渗。经ICP、XPS、IR和XRD分析发现,微量的La、Ce、Sm、Gd等稀土元素可以渗入到多金属氧酸盐的体相。扩渗后化合物的电导率在室温下σ值达到1.59×10-3S·cm-1,比扩渗前多金属氧酸盐的电导率(σ=2.4×10-7S·cm-1)提高了几千倍;且渗后化合物导电性能的稳定温度显著增大,同导电性能最好的多金属氧酸盐H3PM12O40·29H2O(M=W,Mo)相比,其导电热稳定温度增大近200K,成为在523K以上依然保持高电导率的新型固体电解质。     

La0.8Ca0.2CrO3体系复合氧化物的甘氨酸-硝酸盐法合成与导电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法合成La0.8Ca0.2CrO3复合氧化物粉料,对合成产物的晶体结构和显微形貌进行表征,研究烧成温度对La0.8Ca0.2CrO3相对密度和电导率的影响.实验结果表明,烧成温度为1400℃时样品即达较高的相对密度(92.6%),测试温度为800℃时样品的电导率为31.1 S·cm-1.与常规固相法相比,GNP法合成产物的纯度高、颗粒细(100nm～200nm),有良好的烧结活性,能够有效地降低材料的烧成温度和提高材料的电性能.     

La2-2xSr2xCu2yO3±z的微乳液法合成及表征

采用微乳液法,以La2O3、Sr(NO3)2、CuO为原料,制备理论配比为La2-2xSr2xCu2yO3±z的超微粒子.通过X-衍射、扫描电镜和交流阻抗技术对粉体进行表征.在x=0.07和x=0.10时,经600℃下灼烧后,分别得到La1.86Sr0.14CuO4.08和(La0.9Sr0.1)2CuO4固熔体,它们的晶粒尺寸都小于60nm;在600℃下的电导率分别为6.5×10-3 S·cm-1和5.7×10-3 S·cm-1.     

La_(0.8)Zn_(0.2)MnO_3固体电解质的制备及导电性能

以Mn(NO3)2、La(NO3)3.6H2O和Zn(NO3)2.6H2O为原料,通过溶胶-凝胶法制备单一钙钛矿结构La0.8Zn0.2MnO3(LZMO)。对合成后的LZMO凝胶进行自蔓延燃烧。XRD分析表明,高于873K煅烧后得到的LZMO,粉体形成了钙钛矿结构且没其他杂相。在673~973 K条件下,空气气氛中,用两端阻塞的交流阻抗方法研究了由1 073 K煅烧所得的钙钛矿材料LZMO离子导电性能,表明了该材料在中高温条件下已经具有了非常好的离子导电性能,673~973 K固体电解质的导电率为1.3×10-3~7.4×10-2Ω-1.m-1。应用Arrhenius公式对离子导电的活化能进行计算,求得离子导电活化能为70.17 kJ/mol。     

稀土复合掺杂钙钛矿型阴极材料制备工艺的研究

采用传统固相反应法制备了中温固体氧化物燃料电池中的稀土复合掺杂钙钛矿型阴极材料。借助XRD、DTA、SEM等分析仪器研究和讨论了不同元素、不同成分、不同焙烧温度、不同保温时间对所制备材料性能的影响。结果表明:该类材料的固相反应温度范围为:1000℃～1300℃;适宜的保温时间为10h;反应物经混合、压片、烧成和研磨可以合成晶粒尺寸为1nm～5nm的粉料,对ABO3型LaMnO3进行复合掺杂,表明A位Sr2+、Ca2+共同掺杂取代部分La3+以及B位Co3+、Fe3+双掺杂都能够提高材料的电导率。     

固体氧化物燃料电池阳极材料La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ的合成及选择性研究

固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell, SOFC）是一种新型的清洁能源,而其阳极材料是固体氧化物燃料电池的最关键的部分,阳极材料的好坏会直接影响SOFC的性能.文中介绍了SOFC阳极材料La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ（LSCM）的合成方法和性能表征.分别采用甘氨酸-燃烧法和柠檬酸溶胶-凝胶法合成La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ（LSCM）,然后把合成的LSCM放在温度分别是800 ℃、900 ℃、1 000 ℃的马弗炉中进行高温烧结一定的时间,通过对产品进行XRD、SEM、电化学性能分析,得出了采用溶胶-凝胶法合成LSCM后,经1 000 ℃高温煅烧为较优的合成方法和实验条件.