阴极材料La0.7Sr0.3-xCaxCo0.8Fe0.2O3-δ的晶体结构和性能

使用硝酸盐,氢氧化钠和碳酸钠为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(x=0.05、0.10、0.15、0.20)的粉料并研究了粉料的各种性能。结果表明,前驱体800℃煅烧3h形成粉料具有六角晶系钙钛矿结构;Ca2 和Sr2 双掺杂取代La3 进入晶格后,随着Ca2 含量x增加,La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)晶胞a轴方向缩短c轴方向拉长,晶胞体积减小;且1200℃烧结3h后所有样品电导率在降低。温度升高到490℃,掺杂样品的电导率出现最大值,温度继续升高晶格氧逸出导致电导率降低。当x=0.10和0.15时,阴极材料电导率在500～650℃范围内基本相等且高于700S/cm,并与Ce0.8Sm0.2O2热性能的表现一致,且两者阴极材料在650℃时,所组装单电池的输出功率明显大于350mW/cm2。     

共沉淀法合成La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ及其性能表征

以金属硝酸盐、氨水为沉淀剂,采用化学共沉淀法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-δ(简称LSCCF,x=0.05,0.10,0.15,0.20)粉料.借助差示扫描量热法-热重分析法(DSC-TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对600℃,800℃,1 000℃热处理4 h后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4个阶段--脱水阶段、分解阶段、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800℃下保温4 h,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,发现该体系材料在600～800℃范围的电导率都超过了250 S·cm-1,其导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,且能够满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料的要求.     

共沉淀法合成La_(0.7)Sr_(0.3-x)Ca_xCo_(0.9)Fe_(0.1)O_(3-)及其性能表征

以金属硝酸盐、氨水为沉淀剂,采用化学共沉淀法合成了La0.7Sr0.3-xCaxCo0.9Fe0.1O3-"(简称LSCCF,x=0.05,0.10,0.15,0.20)粉料。借助差示扫描量热法-热重分析法(DSC-TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对600℃,800℃,1000℃热处理4h后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4个阶段——脱水阶段、分解阶段、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800℃下保温4h,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,发现该体系材料在600～800℃范围的电导率都超过了250S·cm-1,其导电机制符合p型小极化子绝热孔隙理论,且能够满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)阴极材料的要求。     

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。     

低温燃烧法合成富锂正极材料0.7Li2MnO3-0.3LiNiO2

以LiNO3、Ni(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2和尿素为原料,用低温燃烧法合成了富锂正极材料0.7Li2 MnO3-0.3LiNiO2.通过XRD、SEM和充放电测试对合成产物的结构、形貌和电化学性能进行了分析,研究了合成条件对产物性能的影响.合成0.7Li2 MnO3-0.3LiNiO2的最佳条件是:500℃点火,850℃下回火20 h.在此条件下合成的产物具有α-NaFeO2型层状结构、球状形貌;以0.1C在2.5～4.6V充放电,放电比容量可达218.7 mAh/g;以不同倍率充放电的循环性能良好.     

ITSOFC阴极材料Ln-B-Co-O的合成与性能

以混合稀土、SrCO3、CaCO3及Co2O3为原料,在1 200℃下烧结制备了Ln-B-Co-O(Ln为混合稀土,B=Sr,Ca)复合氧化物.并采用TG-DSC、XRD和直流四探针等方法进行了分析.混合稀土促进了碳酸盐在700～900℃的分解,新相Ln0.7Sr0.3CoO3-d在1 100℃时基本形成.Ln-B-Co-O复合氧化物为CeO2立方萤石相与钙钛矿两相,St2 易与稀土中的CeO2反应形成钙钛矿,Ca2 易与La3 发生取代.Ln-Ca-Co-O的电导率大于Ln-Sr-Co-O,在1 200 ℃下烧结3 h的所有样品的电导率,在340℃时达到最大值,在500～800℃时均超过500 S/cm.     

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。     

La0.7-xGdxSr0.3MnO3体系的电阻温度系数研究

用固相反应法制备了La0.7-xGdxSr0.3MnO3(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7)多晶材料,研究了它们的电阻温度系数(TCR)。实验结果表明,Gd掺杂将引起电阻率曲线的急剧变化,导致出现大的TCR;随Gd掺杂的增加,TCR在x=0.3出现峰值,然后随掺杂量的增加逐步降低。体系出现大的TCR来源于Gd掺杂引起的晶格畸变和额外磁性耦合。     

SOFC连接材料Nd_(1-x)Ca_xCrO_(3-δ)的制备及性能研究

为了探索适用于中温固体氧化物燃料电池的连接材料,采用柠檬酸法制备了Nd1-x Ca x CrO3-δ(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)粉体,研究了Ca2+的掺杂对材料烧结性能、电性能和热膨胀性能等的影响。实验表明,当测试温度为800℃时,Nd0.6Ca0.4CrO3-δ材料在空气和氢气气氛中电导率分别为56.4和1.6 S/cm。在30~800℃随着Ca2+掺杂量从0.1增加到0.4,平均热膨胀系数(TECs)值从6.5×10-6K-1增大到7.8×10-6K-1,与其它常用SOFC材料热匹配性良好。     

La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)Al_xO_(3-δ)(x=0~0.05)电解质电导率的研究

用固相合成法制备了La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2AlxO3-δ(x=0~0.05)电解质。利用四电极交流阻抗法和Hebb-Wagner极化法测量了电解质的总电导率和电子电导率。结果表明:电解质的总电导率与氧分压无明显依赖关系,且随着Al2O3含量的增加而减小。在800℃下,电解质的自由电子电导率以及电子空穴电导率的氧分压级数分别为-1/4和1/4,符合Hebb-Wagner公式。随着Al2O3含量的增加,电子空穴电导率变化不明显,自由电子电导率减小。     

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.     

Ce_(0.9)La_(0.1)O_(2-δ)电解质粉末的制备与性能

用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的CeO2(Ce0.9La0.1O2-δ)的前驱体.在900℃下煅烧2 h制备的Ce0.9La0.1O2-δ粉末为单一的立方萤石结构,晶胞参数a为0.549 65 nm;该粉末在200 MPa下压制后在1400℃下烧结3 h得到的电解质,相对密度为95.1%,在690℃时的电导率为0.66 S/cm.     

MSnO3(M=Ca,Sr,Ba)的溶胶-凝胶法合成及性能

采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构的MSnO3(M=Ca,Sr,Ba)晶体.将其作为锂离子电池负极材料的活性物质,利用恒电流电池测试仪研究其电化学性能.结果表明:CaSnO3、SrSnO3和BaSnO3的首次放电容量分别为894.3 mAh/g、703.8 mAh/g和673.6 mAh/g,首次充电容量分别为418.3 mAh/g、257.8 mAh/g和224.8 mAh/g,不可逆容量损失分别达53.2%、63.3%和66.6%.     

MSnO3(M=Ca,Sr,Ba)的溶胶-凝胶法合成及性能

采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构的MSnO3(M=Ca,Sr,Ba)晶体.将其作为锂离子电池负极材料的活性物质,利用恒电流电池测试仪研究其电化学性能.结果表明CaSnO3、SrSnO3和BaSnO3的首次放电容量分别为894.3 mAh/g、703.8 mAh/g和673.6 mAh/g,首次充电容量分别为418.3 mAh/g、257.8 mAh/g和224.8 mAh/g,不可逆容量损失分别达53.2%、63.3%和66.6%.     

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。     

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.     

LiNi0.6Co0.1+xMn0.3-xO2(x=0,0.1)正极材料的合成与电化学性能研究

采用高温固相法在相同条件下合成了LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2与LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料,利用XRD、SEM表征了材料的结构与形貌,通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了其电化学性能。结果表明,室温条件下以0.2 C倍率在3.0～4.3 V电压范围内,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2的首次放电比容量为171.8 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为78.5%;LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的首次放电比容量为174.6 mAh/g,1 C循环100次后容量保持率为83.0%。CV与EIS测试表明,相比LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2,LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_2材料有更大的极化与电荷转移阻抗。     

类钙钛矿结构La2Ni0.5M0.5O4+δ(M=Co,Cu)材料的合成与电性能

用XRD和传统直流四极探针电导测试法研究了烧结制度和不同掺杂元素对固相反应所合成的La_2Ni_(0.5)M_(0.5)O_(4 δ)(M=Co,Cu)材料结构和电性能的影响。实验结果发现:固相反应可以合成出类钙钛矿结构La_2Ni_(0.5)M_(0.5)O_(4 δ)(M=Co,Cu)材料。随着烧结温度的提高和保温时间的延长,该类材料的晶型更加趋于完整,晶粒尺寸也在不断长大;同时该类材料在1300 ℃、5 h情况下形成的样品,其电导率在空气中于100～800 ℃条件下也在增加,但保温时间对电导率的影响要大于烧结温度对其影响,因此确定该类材料固相反应法合成的烧结温度为1 400 ℃保温时间14 h。掺杂Co、Cu后的材料La_2NiO_(4 δ),其电导率均有增加,但掺杂Co后材料电导率要大于掺杂Cu的电导率。     

新型正极材料LiCo_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成及其电化学性能

寻找一种提高或替代LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2三元锂离子电池正极材料一直是大家研发的目标。尝试合成了一种新型锂离子电池正极材料LiCo1/3Fe1/3Mn1/3O2。用适量Li含量合成目标材料时,纯相LiCo1/3Fe1/3Mn1/3O2在1 100℃通过淬火的办法合成,但材料中有较强的阳离子层间混排;低温或不淬火不能获得纯相。增加原材料中Li摩尔含量至Li/(Co+Fe+Mn)=1.33时,不需要淬火就可低温合成层状纯相,而且材料的层状性变强。电化学性能显示用适量Li含量合成的LiCo1/3Fe1/3Mn1/3O2材料作为锂离子电池正极材料有极差的电化学性能,这应该由于严重的阳离子层间混排造成的。用Li过量合成的材料显示了提高的电化学性能,首次充电比容量达到277 mAh/g,但放电比容量达到128mAh/g。     

表面活性剂对溶胶-凝胶法合成Li3V2(PO4)3的影响

讨论了表面活性剂OP-10对溶胶-凝胶法合成正极材料单斜晶型Li3V2(PO4)3的影响.表面活性剂可降低微粒的表面张力,提高前驱体的Zeta(ζ)电位,防止原生粒子团聚,提高溶胶的稳定性.加入5%OP-10制备的样品以0.2 C在3.0～4.3 V循环,首次放电比容量为123.1 mAh/g,第30次循环的容量衰减率...