SrCo0．8Fe0．2O3-δ及SrCo0．8Fe0．1Sn0．1O3-δ 的热学性能与透氧性能研究

介绍了对SrCo0．8Fe0．2O3-δ、SrCo0．8Fe0.1Sn0．1O3-δ两种透氧膜材料相组成、热学性能及氧渗透性能的研究,发现实验中获得的SrCo0.8Fe0．2O3-δ透氧膜材料具有长期的相组成稳定性;在它的B位进一步用Sn取代部分Fe,获得名义组成SrCo0.8Fe0．1Sn0．1O3-δ样品,具有典型的双相组成特征．与单相SrCo0．8Fe0．2O3-δ相比,双相结构SrCo0．8Fe0．1Sn0．1O3-δ样品的热膨胀率降低,抗热冲击性能增加显著;同时,氧渗透性能也有一定程度的提高,如1．2mm厚的SrCo0．8Fe0．2O3-δ陶瓷膜样品在1000℃具有1．87×10-6mol·cm-2·s-1的透氧率(Po2(h)=2．09×104Pa,Po2(1)=1．2×103Pa),同样条件下的SrCo0．8Fe0．1Sn0.1O3-δ样品透氧率为2．49×10-6mol·cm-2·S-1．     

SrCo0.8Fe0.1Sn0.1O3-δ管状透氧膜制备与分离性能表征

用传统塑性挤出法制备SrCo0.8Fe0.1Sn0.1O3-δ(SSCF)致密管状透氧陶瓷膜,并表征了所制备样品的相组成和氧分离性能.研究发现固相反应法制备的SSCF陶瓷粉体,所经过的泥料及塑性成型过程(含去离子水),在1270℃烧成后不会对透氧膜的相组成(由均为立方钙钛矿相的主晶相和少量杂质相构成)产生影响.所获得的SSCF管状透氧膜样品(壁厚1.35mm),在PO2(h)=0.211×105Pa和PO2(l)=0.12×105Pa的较小氧分压梯度下,可以获得0.5×10-6mol/(cm2·s)的氧渗透率(STP);并且在940℃和固定吹扫氦气流量75ml/min的情况下,该样品能长时间保持1.2×10-6mol/(cm2·s)的氧渗透率.     

SrCo（0．8）Fe（0．2）O（3-δ）管状非对称陶瓷膜的制备与氧渗透研究

用共烧法制备了以(SrCo0.8Fe0.2O3-δ)0.85(SrSnO3)0.15(SCF-SS)多孔层为支撑体和SrCo0.8Fe0.2O3-δ(SCF)致密层为顶层膜的管状非对称透氧陶瓷膜;并对其相组成、微形貌以及氧分离性能进行了表征.研究发现: SCF和SCF-SS之间有较好的兼容性;当共烧温度为1150℃时,获得的非对称陶瓷膜的致密层厚度为50μm,支撑体的显气孔率为19.3%;900和800℃时,非对称膜样品(壁厚1.4mm,外径10.3mm,长度为4.1cm)的氧渗透率分别为1.91和1.01mL·cm-2·min-1,分别比同样几何尺寸的SCF对称膜样品高24%和36%.     

SrCo0.8Fe0.2O3-δ的制备及氧渗透性能表征

介绍了通过固相反应制备SrCo0.8Fe0.2O3-δ(SCF)陶瓷膜的研究,研究发现当选择合成SCF的固相反应温度在950℃以上,参加反应的将主要是一些活性物质,从而使所合成产品中SCF的转化率提高,这样合成的陶瓷膜样品的化学稳定性提高,它可以长期暴露在空气中而不发生变化,在氧分压梯度下的相组成也较为稳定;当在样品上施加2.1 ×104pa/1.2×103Pa氧分压梯度时,1.24mm厚的SCF样品在1000℃的氧渗透率为1.87×10-6mol·cm-2·s-1,并在819℃上下出现表观氧渗透活化能的变化,这表明在该温度有氧空位的有序无序相变发生.     

LnBaCo2O5+δ(Ln=Gd,Nd,Sm,Pr)-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ双相混合导体透氧膜的制备及性能测试

用固相反应法制备了LnBaCo2O5+δ(Ln=Gd,Nd,Sm,Pr)-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(质量比为1:1)4种双相混合导体膜.通过XRD分析可知,除了PrBaCo2O5+δ和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)复合时发生明显反应外,其它3种复合膜在复合过程中均显示了良好的化学兼容性.4种双相膜在850℃时透氧率最高的是NdBa-(Co2O5+δ-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ膜(约为0.28mL/(cm2·min)).     

Cr掺杂Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.1Cr0.1O3-δ钙钛矿型膜的透氧性能研究

采用固相反应法合成了钙钛矿型Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xCrxO3-δ(x=0.00,0.10)透氧膜粉体。利用XRD和SEM研究了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xCrxO3-δ(x=0.00,0.10)的晶体结构和烧结性能,考察了在700~850℃范围内Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2-xCrxO3-δ(x=0.00,0.10)膜片的氧渗透性能。结果表明,它们均显示出优良的透氧性能,850℃时的透氧量分别为1.05mL/(min.cm2)、0.85mL/(min.cm2)。透氧稳定性的研究表明,Cr掺杂Ba0.5Sr0.5-Co0.8Fe0.1Cr0.1O3-δ在800℃时显示出较高的稳定性,证实用Cr离子部分取代Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ的Fe离子能明显提高钙钛矿的结构稳定性。     

La0.6M0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(M=Ca、Sr、Ba)的制备、表征及电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备了纳米尺寸的La0.6M0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(M=Ca、Sr、Ba)系列粉体.BET测试表明,合成粉体的比表面积>20m2·g-1;XRD结果显示,GNP法合成粉体在燃烧阶段物相已初步形成,La0.6Ca0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LCFC)初粉经850℃热处理2h即转变为简单立方钙钛矿结构的纯相产物,1100℃下烧结体的相对密度即达95%,La0,6Sr0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LSFC)、La0.6Ba0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LBFC)初粉为双相结构,两者在低温段的烧结活性较LCFC差,1300℃以上相对密度接近95%.四端子法电导测试表明,掺杂样品的电导率较LaFeO3高2个数量级以上,700℃以下三者的电导率随温度的变化符合小极化子导电机理;800℃下LCFC的电导率>50S·cm-1,预示其可能成为IT-SOFC有实际应用前景的阴极材料.     

La0.2Ba0.8(Co0.2Fe0.8)1-xZrxO3-δ透氧膜材料的微结构与氧分离性能研究

采用固相法制备了La0.2Ba0.8(Co0.2Fe0.8)1-xZrxO3-δ(x=0、0.05、0.1、0.15)片状陶瓷膜,用稳态法测试了不同成分制备样品的透氧性能,并利用XRD和SEM手段分析研究了样品的相结构和晶粒形貌及它们对材料性能的影响.研究表明固相法较难合成x=0的纯钙钛矿相,可用改进的Pechini法合成,另B位Zr的替代有利于去除材料中非钙钛矿杂相;x=0.1的样品中有少量BaZrO3析出,并导致晶粒细化(1～2μm),而这种微结构状态稳定且不受高温长时间退火和氧分压梯度的影响.晶粒细化样品的力学性能和氧渗透性能均有较大提高,x=0.1的样品较x=0样品的氧渗透性能提高了一个数量级,在1010℃,样品厚1.2mm时体系的透氧率达到4.6×10-7mol.cm-2.s-1.     

阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ的制备和性能

用共沉淀法合成了具有单一的立方型钙钛矿结构的新型阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ,研究了材料的电导率和热膨胀系数与温度的关系.结果表明,前驱体在1100℃煅烧3 h后形成具有单一的立方型钙钛矿结构尺寸小于1 μm的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ粉末;在500～600℃致密材料的电导率高于100 S/cm,热膨胀系数随着温度的升高从13.62×10-6逐渐增大到18.75×10-6,当温度超过700℃后急剧增大.致密材料热膨胀系数在高温下剧增的主要原因是材料中比较大的氧损失.     

BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ透氧膜材料的性能研究

为了研究BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)透氧膜材料用于焦炉煤气(COG)部分氧化重整制氢的可行性,通过XRD研究了BCFN材料在H2、CO2条件下相成分的变化;通过TG研究材料在不同气氛和温度条件下的重量变化;通过4电极法对BCFN总电导率随温度的变化规律进行了研究;同时研究了BCFN材料作为透氧膜在焦炉煤气部分氧化重整条件下的透氧量.研究结果表明,BCFN比Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)在H2和CO2气氛下具有更好的高温化学稳定性.BCFN材料呈现p型导电的特征,600℃总电导率达到3.6S/cm,600～650℃之间因为晶格中氧的脱附消耗了大量电子孔穴而导致总电导率有所降低,650℃之后电导率随温度升高缓慢增加.1mm厚的BCFN透氧膜材料在870℃,焦炉煤气(COG)吹扫量为44ml/min下的透氧量为5.5ml/(min·cm2),可满足焦炉煤气(COG)部分氧化重整制氢的需要.     

(Pr1-xNdx)0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ体系双稀土阴极材料的氧化学扩散系数及电学性能的研究

采用固相反应法合成了(Pr1-xNdx)0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(x=0.2、0.4、0.6、0.8)钙钛矿氧化物系样品,采用XRD分析物相结构,采用XPS分析化学状态,用电导弛豫法研究了(Pr1-xNdx)0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ系样品的氧化学扩散性能.实验结果表明,(Pr1-...     

La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3-δ阴极材料的导电机理研究

La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ系(LSCF)钙钛矿结构复合氧化物是一类性能优异的离子-电子混合导体,同时具有良好的化学稳定性和催化活性,是很好的中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料的候选材料.本文测试了制备出的La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3-δ(x=0.1～0.5)系材料电导率并探讨了它们的离子导电、电子导电的微观机制,指出除了小极化子导电机制外,还可能有以下几种机理共同作用:1)热激发引起Co3 离子的电荷歧化;2)高温下氧空位生成导致的离子补偿;3)Fe4 较Co4 优先进行电子补偿.     

SrCo1-xNixO3-δ陶瓷材料的微结构和电性能

研究了SrCo1-xNixO3-δ（0≤x≤0．10）陶瓷材料（x=0，0．02，0．05和0．10）的微结构和电性能。SrCo1-xNixO3-δ陶瓷样品的结构用XRD和SEM测试分析，用热敏电阻数据采集系统测试了样品在低温-196℃和-183℃下的阻值和热敏电阻常数B值。样品的电阻值和B值随含量X的增加而增大、烧结温度的升高和恒温时间的增加而减小。测试结果表明：SrCo1-xNixO3-δ陶瓷是一种预计可在-196℃以下使用，很有应用前景的低温热敏电阻材料。     

K0.1Sr0.9Co0.8Fe0.2O3-δ透氧膜材料的合成及透氧性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了一种新型钾离子掺杂钙钛矿透氧膜材料K_(0.1)Sr_(0.9)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(KSCF),并系统考察了该透氧膜材料的透氧量、稳定性和速率控制步骤等.XRD表征显示,钾离子在钙钛矿A位掺杂量低于或等于10%不会改变KSCF立方钙钛矿结构.SEM分析显示,KSCF膜片在1 220℃焙烧可高度致密,并且KSCF长期放置仍然保持了高机械强度,不会出现类似SrCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(SCF)材料的粉化解体.氧渗透实验结果表明,操作温度的升高、膜片厚度的降低以及吹扫气流速的增加均有利于膜片透氧量的提升,厚度为0.5 mm的KSCF膜片在950℃时的透氧量可达2.65 mL/(cm~2·min).对比实验表明,基于同样测试条件KSCF透氧膜的透氧量比SCF材料的透氧量更高.通过对KSCF膜片的速率控制步骤考察可以发现,当KSCF透氧膜膜片厚度低于0.7 mm时,其透氧过程为表面交换控制,当膜片厚度高于0.7 mm时,其透氧过程则会转化为体相扩散控制.     

LSCF系钙钛矿型致密透氧膜的制备及其透氧性能

通过柠檬酸-EDTA络合法合成了不同的A位Sr取代的LSCF系钙钛矿型粉体材料La0.1Sr0.9Co0.8Fe0.2O3-δLa0.3Sr0.7Co0.8Fe0.2O3-δLa0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ和La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ采用XRD测试手段对粉体及膜片的晶体结构进行了表征.用静压片法制备透氧膜,并测定了LSCF系钙钛矿膜的透氧量,分析了温度和A位Sr不同掺杂量等因素对膜透氧性能的影响.结果表明,该系列膜的透氧量均随着温度升高而增大,随着Sr掺杂量的增加而增大.并在850℃下对透氧膜100h透氧稳定性进行实验研究,结果表明,膜片的透氧量随时间没有明显变化,表现出良好的稳定性.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba1-xSrxCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ的制备与性能研究

采用固相法合成Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4)阴极材料。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和微观形貌进行了表征。XRD测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ样品经1000℃,烧结10 h后形成了立方钙钛矿结构。从样品的电镜照片看出样品具有均匀的孔隙率,电解质(Ce0.85Sm0.15O1.925)-阴极(Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ)之间的界面结合良好。电化学交流阻抗测试结果表明Ba1-x Srx Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ中掺入Sr可以明显地降低阴极的极化电阻,随着Sr含量的增多,阴极的界面极化电阻(RP)先减少后增大,当Sr的含量x为0.2时Rp值最小。以Ce0.85Sm0.15O1.925(SDC)电解质为支撑体,Ni0.9Cu0.1-SDC为阳极,Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ为阴极的单电池的最大功率密度在600℃时达到155 mW/cm2。实验结果表明Ba0.8Sr0.2Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ材料是一种电化学性能较为优良的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。     

La0.6M0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(M=Ca、Sr、Ba)的制备表征及电性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备了纳米尺寸的La0.6M0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(M=Ca、Sr、Ba)系列粉体.BET测试表明,合成粉体的比表面积＞20 m2·g-1;XRD结果显示,GNP法合成粉体在燃烧阶段物相已初步形成,La0.6Ca0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LCFC)初粉经850℃热处理2h即转变为简单立方钙钛矿结构的纯相产物,1100℃下烧结体的相对密度即达95%,La0.6Sr0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LSFC)、La0.6Ba0.4Fe0.8Cr0.2O3-δ(LBFC)初粉为双相结构,两者在低温段的烧结活性较LCFC差,1300℃以上相对密度接近95%.四端子法电导测试表明,掺杂样品的电导率较LaFeO3高2个数量级以上,700℃以下三者的电导率随温度的变化符合小极化子导电机理;800℃下LCFC的电导率＞50 S·cm-1,预示其可能成为IT-SOFC有实际应用前景的阴极材料.     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(1.95)高温电导弛豫的研究

通过直流四端法研究了钙钛矿型混合导体La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Ce0.9Gd0.1O1.95(LSCF-GDC)复合材料的高温电学性质.通过电导率测试得出单相LSCF和LSCF-GDC的小极化子导电活化能分别为Ea1=9.72kJ/mol和Ea2=10.64kJ/mol.突然改变氧分压条件进行电导弛豫测试,进而研究了二者的氧表面交换性质.测定了温度范围在600~800℃、氧分压在21~34kPa之间变化时两种样品的表面交换系数为kchem为2.87×10-6~6.91×10-6cm/s.讨论认为GDC对氧表面交换过程的催化作用与引入GDC对材料微结构的影响共同促进了复合材料中的氧输运过程.根据两种样品氧表面交换系数和温度的关系估算了氧表面交换过程活化能.     

La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3系阴极材料制备及表征

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种先进的能量转换装置,具有高效、无污染、环境友好等优点,阴极材料是它的重要组件.La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3钙钛矿结构氧化物是一类性能优异的离子-电子混合导体,可作为其阴极材料.本文采用固相反应法制备出固体氧化物燃料电池的多孔阴极材料La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3(LSCF,x=0.1～0.6),通过XRD,TG/DTA等测试技术研究了LSCF的结构与制备过程,采用直流四探针法测试了样品的电导率,同时测定了这类组成样品的热膨胀系数.结果表明,制备的样品为单一钙钛矿相,随着Sr含量增加,XRD衍射峰值向高角度方向稍有偏移.电导率随着温度及Sr含量的变化出现极大值,其导电机理在低温下是以小极化子跃迁机理为主,高温下则是氧空位的电荷补偿占主导地位.     

聚合物协助燃烧法合成La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3-δ纳米粉体

为开发新型高性能中温固体氧化物燃料电池阴极材料,以La、Sr、Co和Fe的硝酸盐、葡萄糖和丙烯酰胺为原料,在pH=8-10的碱性条件,通过聚合物协助燃烧法制备了La0.8 Sr0.2 Co0.5 Fe0.5 O3-δ(LSCF)钙钛矿相纳米粉体.用XRD、SEM和TEM表征了LSCF粉体的相结构和微观形貌,结果显示,在...