氧化锆基固体电解质研究

电解质是固体氧化物燃料电池（SOFC）的核心部件,其性能的优良直接决定燃料电池的应用前景。氧化锆基陶瓷具有较高的离子电导率、良好的结构和化学稳定性,是理想的固体电解质材料。本文综合介绍了各种掺杂元素对氧化锆基固体电解质性能的影响,电解质薄膜制备方法和研究现状。并对氧化锆基固体电解质的研究方向进行了展望。     

固体氧化物燃料电池氧化锆基电解质薄膜制备技术研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高能量转化效率、环境友好性等特征,是全球能源环境问题的重要解决方案。电解质作为SOFC的关键组件,决定了电池的工作温度与输出性能。首先,以典型的氧化锆基电解质材料为例,介绍了其导电机理和导电性能的影响因素。为促进SOFC的商业化,电解质材料需在较低的工作温度下有较低的欧姆阻抗,电解质薄膜化是降低电池工作温度的有效方法。而后,从固相粉体成型、液相成型、气相成型3个方面综述了氧化锆基电解质薄膜的常见制备方法,并分析各种方法的优劣势。最后,对电解质薄膜的制备方法做简要展望。     

氧化锆氧传感器铂电极的制备与表征

采用陶瓷注射成型技术制备了氧化锆(ZrO2)固体电解质基体,在烧成的ZrO2基体上涂制铂(Pt)电极浆料,将电极在不同温度下烧结.用扫描电镜表征所制备的Pt电极和进行时效实验电极表面的微观形貌,结果表明:电极烧结温度和时效时间对电极微观形貌影响很大.用电化学阻抗谱研究了Pt电极的电化学性能,结果显示:所制备的Pt电极显示出优良的电化学催化性能.     

固体氧化物燃料电池YSZ电解质薄膜的制备方法概述

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一类既能发电,又无噪声污染、高效清洁的能量转换装置. 氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)是应用最为广泛的SOFC电解质材料. SOFC制备的关键技术之一是获得足够薄且不透气的YSZ电解质薄膜. 本文综述了几种不同的制备YSZ电解质薄膜的方法,并对它们进行了分析和比较,讨论了它们各自的优缺点和应用场合. 最后,对用于固体氧化物燃料电池的YSZ薄膜制备方法进行了评述和展望.     

有机添加剂对ZrO2流延生坯性能的影响

有机添加剂是流延料浆的关键组元,它们对料浆和流延生坯的性能有很大的影响.文章用流延法制备了YSZ电解质薄膜,并对生坯的力学性能进行了研究,分析了各有机添加剂对生坯力学性能的影响,最终提出了提高生坯及烧结体质量的方法.     

片式传感器用氧化锆陶瓷的粘结及性能表征

近年来,国内外关于陶瓷粘结的报道很多,但关于片式氧传感器中固体电解质氧化锆陶瓷的粘结则鲜有报道.文章采用氧化锆、铝硅玻璃的混合物制备浆料对片式传感器用氧化锆陶瓷进行粘结实验,结果表明,可以实现烧结氧化锆陶瓷的有效粘结,并且粘结强度随玻璃粉含量的增多而增强.     

中温固体氧化物燃料电池电解质材料及其制备工艺的研究发展趋势

综合介绍了中温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFCs)的电解质材料以及薄膜的制备工艺.中温SOFCs的工作温度应低于800℃,甚至低于750℃,为600～800℃.固体氧化物电解质的晶体结构基本上属于下列两类:面心立方的萤石型和立方型钙钛矿晶体结构.稳定ZrO2是萤石型结构电解质的一个典型代表.8%(摩尔分数,下同)氧化钇稳定氧化锆(8%in mole Y2O3 stabilized ZrO2,8YSZ),其在1 000℃左右才有可观的离子电导率(0.1 S/cm).在800℃,氧化钪掺杂氧化锆(Zr0.9Sc0.1O1.95,scandia doped zirconia,SSZ)的电导率(0.1 S/cm)比Zr0.9Sc0.1O1.95(10YSZ)的(0.03S/cm)高得多.Sm掺杂的CeO2(samarium doped ceria,CSO)电解质有希望应用于中温SOFCs.Sr和Mg掺杂LaGaO3(LSGM)氧离子导体已成为中低温SOFCs重要候选电解质材料.改进氧化锆基电解质的电导性能的另一个途径是薄膜化.厚度小于10 μm的YSZ基SOFCs,在800℃,0.8V时的功率密度可达800mW/cm2.薄膜比厚膜能提供更好的化学均匀性和更易控制成分.SOFCs要求精细和尺度小时,通常选择薄膜;而低成本和大尺寸时,通常选择厚膜.成本较低的膜成型工艺有等离子喷涂、胶态成型工艺、流延成型、冷冻干燥成型、丝嘲印刷和真空泥浆浇注等.     

钙钛矿结构质子导体基固体氧化物燃料电池电解质研究进展

从适用于中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)电解质材料的设计与改性角度出发,回顾了钙钛矿结构质子导体的发展历史、研究现状及未来研究趋势。按照钙钛矿型IT-SOFCs的结构特点,对Ce基、Zr基及Ce/Zr基电解质等质子导体做了重点介绍;指出目前Ce基陶瓷膜在稳定性方面,以及Zr基陶瓷膜在电导率和烧结活性等方面都有待提高;未来这方面研究仍主要以钡基铈酸盐、锆酸盐为主,提高电导率、增加稳定性和烧结活性等将是这类材料长期面临的困难与挑战。从质子导体的结构角度改性传统钙钛矿型IT-SOFCs电解质、探索新型钙钛矿结构质子导体以及采用新的陶瓷膜制备技术方法等将在此类电解质材料的实际应用道路上起到重要作用。     

液相烧结8YSZ陶瓷的性能研究

以Bi2O3为烧结助剂,利用液相烧结法制备8YSZ陶瓷材料,研究了烧结助剂对材料致密化、相组成、显微结构、力学性能及电学性能的影响.结果表明:烧结助剂的引入显著促进了材料的致密化、降低了烧结温度;引入烧结助剂Bi2O3后,使得ZrO2中的Y2O3含量减少,以致出现了含有单斜相氧化锆的第二相;而材料的致密化和单斜相氧化锆的出现,又使其具有良好的力学性能,同时对电学性能也有一定的影响.     

Y_2O_3对氧化锆陶瓷组织和性能的影响

由于氧化锆陶瓷的脆性特点限制了其自身的发展,所以研究者关注的重点在于如何提高氧化锆陶瓷韧性。氧化锆陶瓷的性能与制备工艺的各个环节息息相关,主要的制备工艺包括粉末的制备、成形和烧结等,每个环节对氧化锆陶瓷的致密度、相结构和力学性能都起着关键性的作用。为此,笔者对氧化锆陶瓷制备工艺进行了深入研究,通过髙能球磨制粉工艺获得超细的ZrO_2、Y_2O_3混合粉末,并经过常压烧结获得高性能的氧化锆陶瓷,这一研究将对超细晶粒增籾,ZrO_2、Y_2O_3机械复合增韧和烧结优化具有理论指导意义,并对氧化锆陶瓷的开发应用具有积极的推动作用。