Ca2+和Sr2+共掺杂钴铁酸镧的合成及电性能

以金属硝酸盐为原料,氨水为沉淀剂,共沉淀法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La0.7Sr0.3-x CaxCo0.9 Fe0.1 O3-δ(简称: LSCCF,x= 0. 05、0.10、0. 15、0. 20)系列纳米晶粉料。TG DSC、XRD和SEM研究了LSCCF粉料的合成条件、晶体结构和颗粒粒度形貌。实验表明: LSCCF 粉料形成经过脱水、LaCoO3 基氧化物形成和LSCCF固溶体形成等过程;前驱体800℃处理4h就可形成单一钙钛矿型结构的固体氧化物。使用直流四极探针法在空气气氛下测试了1200℃烧结3h 后所有LSCCF 样品从100 ~800℃时的电导率,结果显示随着测量温度的提高,电导率逐渐增大,并在490℃时达到最大值,随后逐渐降低。490℃范围内,Ca2 和Sr2 共掺杂取代La3 进入晶格后,其导电机制符合小极化子绝热孔隙理论。而当Ca2 的掺杂含量x=0.10 或0.15 时,Ca2 和Sr2 共掺杂在450 ~ 800℃范围对LSCCF 的电导率产生“混合”效应,致使电导率值基本保持一致。且所有样品在600~800℃的电导率都超过400S/cm,满足阴极材料对电性能的要求。     

管型固体氧化物燃料电池研制获突破

日前，中科院大连化物所采用低成本无机膜制备技术成功制备管型固体氧化物燃料电池，单管电池开路电位在1．0V以上，在800℃、0．7V下的输出功率达25W以上。该管型电池研究的突破，为发展我国固体氧化物燃料电池分散电站和集中电站提供了关键技术。     

固体氧化物燃料电池中电解质研究进展

从萤石结构型氧化物和钙钛矿结构型氧化物两个方面综述了固体氧化物燃料电池(SOFC)中电解质的研究进展.有关研究表明,掺杂剂的组成和掺杂量以及不同氧化物的结构对固体电解质的电导率和稳定性有着直接的影响.尽管目前已经进行了大量的关于固体电解质电导率促进作用机理的研究工作,但还未形成共识.同时,LaGaO3基钙钛矿型氧化物固体电解质具有广阔的应用前景.     

CeO_2掺杂对La_(0.7)Ca_(0.3)CrO_(3-δ)低温烧结及电导性能的影响

LaCrO3基固体氧化物燃料电池(SOFC)连接材料存在难以在空气中致密化烧结、中温电导率差等缺陷。本文利用自燃烧工艺(auto-ignition process)制备La0.7Ca0.3CrO3-δ高活性粉体,掺入2%～8%(质量分数)CeO2作为烧结助剂,在1 400℃空气气氛下烧结获得了95.4%以上的高致密度,并且随着CeO2掺杂量的增加晶粒逐渐细化;掺入2%CeO2时La0.7Ca0.3CrO3-δ烧结样品的电导率最高,在空气中850℃达到52.7Scm-1,500℃时也能达到41.9Scm-1,约为同等条件下未掺杂La0.7Ca0.3CrO3-δ电导率的2.5倍,完全能够满足中温固体氧化物燃料电池连接材料的使用要求。     

Li2O烧结助剂对固体氧化物燃料电池LSGM电解质烧结特性及离子电导率的影响

本工作研究了Li₂O作为烧结助剂对固体氧化物燃料电池La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ (LSGM)电解质烧结行为的影响规律, 系统表征了烧结助剂含量和烧结温度对LSGM烧结体的致密度、微观组织结构、相组成以及离子电导率的影响。研究结果表明, Li₂O烧结助剂不仅可显著降低LSGM电解质的完全致密化烧结温度, 还可以消除电解质粉体中原有的LaSrGa₃O₇杂相, 并且抑制常规烧结过程中易于产生的MgO杂相, 从而获得较高离子电导率的LSGM块体。当Li元素添加量为摩尔分数1%时, 在1400 ℃烧结4 h 获得的LSGM烧结体, 其体密度达到理论密度的99% 且为单一的钙钛矿结构。烧结体的离子电导率在800 ℃测试温度下达到最大值0.17 S/cm, 相比未添加烧结助剂的试样提升20%以上。上述结果表明, 通过添加适量的Li₂O作为烧结助剂对制备用于中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)高离子电导率的电解质具有重要意义。     

固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展

开发性能优良的阴极材料是降低中低温(500～800℃)固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)成本的关键.回顾了IT-SOFCs阴极材料的最新研究进展.阴极材料对高电子电导率的需要,使钙钛矿结构氧化物及类钙钛矿结构氧化物在该领域的研究占据主导地位.除了电子电导率外,阴极材料的研究正在转向具有高离子电导率的组分,这种要求使具有无序自由氧离子迁移通道的双钙钛矿结构氧化物和在间隙位置可引入过量氧的K2NiF4结构及其它间隙氧化物最近受到极大的重视.     

Gd_2O_3掺杂量对Ce_(1-x)Gd_xO_(2-δ)电解质导电性能的影响

在500～700℃时,Gd_2O_3掺杂CeO_2具有较高的离子电导率,从而被广泛应用于中温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)中。但在SOFC运行时,在电池的阳极侧Ce~(4+)会被还原成Ce~(3+),产生电子泄露现象,从而造成SOFC电池性能的衰减。采用溶胶-凝胶法成功制备Ce_(1-x)Gd_xO_(2-δ)(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,摩尔分数)固体电解质,研究不同Gd~(3+)掺杂量对GDC电解质总电导率和电子电导率的影响,同时对总电导率、电子电导率与温度、氧分压之间的关系进行分析。结果表明:测试温度为750℃、Gd~(3+)掺杂量为0.20时,GDC电解质的总电导率最大,达到8.59×10~(-2) S·cm~(-1);电子电导率随着Gd~(3+)掺杂量的增大而降低,当Gd~(3+)掺杂量为0.10、测试温度为750℃时,GDC电解质的电子电导率最大,为6.47×10~(-4) S·cm~(-1)。Gd_2O_3掺杂量为0.20的GDC电解质具有最高的总电导率和较小的电子电导率,从而突显出最高的离子电导率。     

Fabrication and electrical performance of solid state proton conductor SnP207 at intermediate temperatures

摘要：用固相反应法制备了不同P／Sn物质的量比的SnP2O7,并研究了该电解质在120-260℃范围内的导电性能。XRD分析表明SnP2O7为立方结构。热重分析了电解质在中温范围内的稳定性。用交流阻抗谱测量了电解质电导率,电导率随着HPO3在电解质中的残余量的提高而提高。测试结果表明电解质中起导电作用的主要是HPO3,而SnP2O7主要起支撑作用。最大电导率是在200℃,P／Sn物质的量比为3．0时,干空气条件下为5．1×10S／cm,湿空气条件下为6．6×10^-2／cm。     

Ce1-xPrxO2-x/2的溶胶-凝胶法的合成及其性质

利用溶胶—凝胶法合成了Ce1-xPrxO2-x/2(x＝0—0．3)系列固体电解质，系统地研究了其结构和导电性。由于洛胶—凝胶法合成的物质粒度均匀，颗粒小，故在较低温度(1300℃)时即可形成高致密度样品。XPS测试表明掺杂后吸附氖浓度明显增大，氧空位增多，电导率和氧离子迁移数增大，改善了CeO2基固体电解质的性能。阻抗谱分析发现，在低温区电导率主要取决于晶界电导，而在高温区电导率主要取决于晶粒电导。     

A位置复合掺杂对钙钛矿氧化物(La1-xPrx)2/3 Sr1/3 Co0.8 Ni0.2 O3化学扩散系数的影响

采用固相反应法合成了(La1-xPrx)2/3 Srl/3Co0.8Nio.203(LPSCN,x=0.2、0.4、0.6、0.8)钙钛矿型氧化物系列样品,采用电导弛豫法研究了LPSCN样品的氧化学扩散系数.结果表明,LPSCN样品具有较高的氧化学扩散系数,且随着镨含量的减少、温度的升高而增大;LPSCN样品的电导率与氧分压呈oOC Po.2n关系,且电导率随镨含量的减少、温度的降低而增大.样品LPSCN-82在800℃下的氧化学扩散系数Dchem值为1.18×10-4cm2/s;样品LPSCN-82在500℃下氧分压为1.0×lO5Pa时电导率有最大值为974.74S/cm,是比较理想的固体氧化物燃料电池的阴极材料.     

我国固体氧化物燃料电池中温研究取得突破

我国固体氧化物燃料电池研究已经取得突破性进展 ,处于国际领先地位。承担我国“863”计划固体氧化物燃料电池 ( SOFC)课题研究的中国科技大学固体化学和无机膜研究所经过对新型中温固体氧化物陶瓷膜燃料电池的长期研制 ,把陶瓷膜制备技术开拓应用于 SOFC的制作 ,把通常 SOFC的高温( 1 0 0 0～ 90 0℃ )拓延到中温阶段 ( 70 0～ 5 0 0℃ )。目前这项研究已经申报了 1 1项国家发明专利 ,其中 4项已获授权。据介绍 ,目前中国科技大学无机膜研究所已经研制成功的新型中温陶瓷膜燃料电池 ,是一种以陶瓷膜作为电解质的燃料电池。电池部件薄…     

La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3的混合导电性研究

采用直流四探针法和两端子电子阻塞电极交流阻抗谱研究了GNP法制备La0．6Sr0．4Co1-yFeyO3陶瓷的电子-离子混合导电性能．在室温-900℃范围内，La0．6Sr0．4CoO3的电子电导率随温度的升高而单调降低，其它样品的电子电导率随温度的升高在600℃附近达到最大值．La0．6Sr0．4Co1-yFeyO3陶瓷的氧离子电导率随温度的升高而增加．在相同温度下，随着Co／Fe比例的增加，La0．6Sr0．4Co1-yFeyO3陶瓷的电子电导率和氧离子电导率增加，电子导电活化能和离子导电活化能降低．氧离子迁移数随温度的升高而增加，随Co／Fe比例的增加而降低．     

Li_2SO_4基非晶固体电解质及其薄膜性质

研究了用真空闪蒸法制备的Li2SO4基非晶（1－x－y）LiCl·yLi2SO4·xP2O5体系固体电解质薄膜，对固体电解质体性质及其薄膜的结构、成分进行了研究。所得的膜是非晶的，表面成分接近体的成分，氧稍有富集，表面碳沾污较严重。当0．3≤x＜1时，所得固体电解质均为非晶态。引入的Li2SO4量超过20％时，体系出现新的快离子导电相。电导率变化较复杂，出现两个谷值。P2O5引入时无新相产生。电导率随温度变化，在200℃≤T≤282℃时满足Arrhenius方程。对组分与体相相同的薄膜来说，薄膜的电导率与组分无关。此外，用复阻抗谱对系统的电化学参量进行了研究。     

过渡和碱土金属掺杂对LaGaO3固体电解质电性能影响

采用固相反应法合成碱土金属Sr、Mg与过渡金属Fe或Co复合掺杂的LaGaO3基氧化物LSGMC和LSGMF;通过TG/DTA研究LSGMC和LSGMF的形成过程;采用直流四端子法测量样品在400℃-850℃温度区间的电导率;利用EDS和XRD等技术分析样品的微区成分和晶体结构等.结果表明,约在1000℃开始形成钙钛矿相,经1400℃烧结,获得单一正交钙钛矿结构;在测试温度范围,电导率与温度的关系符合Arrhenius方程,合成的LSGMC和LSGMF为氧离子导体;在相同温度下,Sr、Mg和Fe或Co复合掺杂氧化物LSGMC和LSGMF与仅Sr、Mg双掺杂氧化物LSGM相比具有较高的离子电导率,说明少量过渡金属Fe或Co的掺杂,有利于提高离子电导率.     

CaZr_(1-x)In_xO_(3-α)(x=0,0.05,0.10,0.15)质子导体的电学性能

采用固相反应法在1400℃合成了CaZr1-xInxO3-α(x=0,0.05,0.10,0.15)陶瓷粉体,在空气中1550℃,10 h对材料进行二次烧结.XRD物相分析结果确定合成后的样品中有CaZrO3和微量CaIn2O4存在.实验在600～850℃含水氩气中测量了样品的交流阻抗谱,计算出其电导率随温度变化的规律和电导激活能.在800℃时,CaZr1-xInxO3-α的电导率分别为4.64×10-7 S/cm(x=0)、3.06×10-4 S/cm(x=0.05)、3.89×10-4 S/cm(x=0.10)、3.93×10-4 S/cm(x=0.15).研究结果表明:对CaZrO3掺In能显著提高材料的电导率,降低电导激活能,掺杂量x0.1时,电导率增加变缓,并且电导率随温度的升高而增大.研究得到CaZr1-xInxO3-α的电导率与掺杂量的关系式.     

微波辅助Sol-gel法制备La0.7Ca0.3CrO3-δ超细粉体及其烧结性能的研究

铬酸镧是最有希望的固体氧化物燃料电池陶瓷连接材料,但存在空气中烧结活性差、中温电导率低等缺陷。利用微波辅助Sol-gel工艺成功制备了La0.7Ca0.3CrO3-δ高活性超细粉体,粉体粒径分布集中,900℃煅烧后的粉体在1400℃空气中烧结4h获得了高达96.3%的相对密度。烧结体具有优良的电导性能,850℃达到63.6S/cm,远高于文献报道值,完全能够满足中温燃料电池(IT-SOFCs)的使用要求。     

La_(0．6)Sr_(0．4)Co_(0．8)Fe_(0．2)O_3粉末的合成与性能表征

La_(1-x)Sr_xCo_(1-y)Fe_yO_3钙钛矿型氧化物具有良好的电子和离子混合导电性能,可作为中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的阴极材料。本文中采用EDTA-柠檬酸法合成La_(0．6)Sr_(0．4)Co_(0．8)Fe_(0．2)O_3(LSCF)粉末,借助差热-热重(DTA-TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析手段,对阴极材料的合成、掺杂机理、与电解质(YSZ)间的高温化学相容性进行了研究和讨论。结果表明：干凝胶的最佳煅烧温度为800℃,所合成的粉末具有单一的钙钛矿结构,平均粒径约为40 nm；掺杂后的LSCF仍保持菱方结构；当SOFC的运行温度低于800℃时,LSCF与YSZ具有良好的化学相容性。     

壳聚糖／纳米La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3复合膜的制备及表征

采用甘氨酸一硝酸盐燃烧法成功的制备了La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3钙钛矿型复合氧化物,并通过扫描电镜、红外光谱、XRD现代分析手段对其进行了分析,结果表明La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3纳米晶体复合氧化物呈球形,粒径为19．1nm。利用溶胶-凝胶法在壳聚糖溶液中制备壳聚糖／La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3薄膜,并通过以上分析手段,对膜的表面形貌、成分变化、La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3的形态、粒子尺寸等进行分析,研究其成膜前后的变化。结果表明壳聚糖与La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3之间存在较强的氢键相互作用,这种分子问的相互作用扰乱了壳聚糖原有的晶体结构,在壳聚糖与La0．7Ca0．3Fe0．25Co0．75O3复合过程中产生了新的分子排列,从而使两组分之间形成了良好的分散与相容。     

中温固体电解质LaGaO3的制备

分别采用固相反应法、凝胶燃烧法分别制备了镓酸镧基固体电解质粉体(La0．9Sr0.1Ga0．8Mg0．2O3-δ)．讨论了煅烧温度对粉体物相的影响,比较了两种方法所制备粉体的特点．X射线衍射分析表明．固相反应法制备需经1250℃下预烧15h,1500℃下煅烧24h．得到La0．9Sr0.1Ga0．8Mg0．2O3-δ粉体颗粒尺寸在1μm,而凝胶燃烧法仅需在1400℃煅烧10h可以合成La0．9Sr0.1Ga0．8Mg0．2O3-δ粉体,粉体颗粒尺寸150nm。     

钙钛矿复合氧化物La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3的合成与电学性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法合成出La0．6Sr0．4Fe0．8Co0．2O3超细粉体，探讨各因素对产物的晶体结构和显微形貌的影响，研究烧成温度对电导率的影响．研究表明，G／M^n 控制在2．0—3．0、热处理温度为750℃是最佳的合成条件，1200℃烧成样品具有最优良的电性能．在室温-900℃温度范围内，样品的电导率在600℃附近出现最大值，低温段的导电行为符合小极化子导电机制．与常规固相法相比，GNP法制备样品具有更好的烧结活性和导电性能．