固体氧化物燃料电池La_xSr_(2-3x/2)Fe_(1.5)Ni_(0.1)Mo_(0.4)O_(6-δ)阳极性能研究（英文）

本研究利用固相反应法合成了一系列镧取代La_xSr_(2-3x/2)Fe_(1.5)Ni_(0.1)Mo_(0.4)O_(6-δ)(La_xSFNM,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)钙钛矿陶瓷材料,并研究其作为固体氧化物燃料电池阳极的电化学性能。X射线衍射(XRD)测试表明合成的粉末具有立方钙钛矿结构。在高温下利用氢气还原LaxSFNM样品,发现其晶粒表面析出纳米尺度的Fe-Ni合金颗粒,并且偏析纳米颗粒的密度随着La~(3+)掺杂量的增加而显著降低。在对称电池阻抗测试中,随着La~(3+)掺杂量的增加,阳极极化阻抗逐渐降低,掺入量为0.3时阻抗达到最小值。La_(0.3)SFNM对称电池在750℃下极化阻抗仅为0.16W·cm~2,进一步增加掺杂量时,La0.4SFNM对称电池极化阻抗增加至0.17W·cm~2。La_(0.3)SFNM材料良好的电极反应催化活性源于适当分布的Fe-Ni合金纳米偏析颗粒与LaxSFNM陶瓷基体的共同作用。利用流延法制备一系列以LaxSFNM为阳极、SmBa0.5Sr0.5Co2O6为阴极、LSGM为电解质的单电池,使用氢气作为燃料时,La~(3+)掺杂量x=0.3的单电池表现出最高的功率密度,在750、650和550℃时峰值功率密度可达1.26、0.90和0.52W·cm~(–2)。上述结果表明,La_(0.3)Sr1.55Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ可以用作高性能SOFC阳极催化剂。     

La和F复合掺杂对LiMn2O4高倍率性能的影响

采用分段高温氧化固相法合成了掺杂La3+、F-的锂离子电池正极材料LiLa x Mn2-x F x O4-x(x=0、0.01、0.02和0.05)。结果发现,在小于等于1C时,掺杂与否对其放电容量影响不大;在2~10C时,掺杂可明显改善倍率性能;在15C时,掺杂量也显示出重要影响,未掺杂的LiMn2O4的高倍率放电能力仅为4%,而掺杂x=0.02的达到56%。XRD物相、CV循环伏安和EIS电化学阻抗分析支撑了倍率性能的实验结果,当不出现第二相时,随掺杂量增加,电荷转移电阻、阳极和阴极反应极化逐渐减小,反应可逆性逐渐增大,但当x=0.05出现第二相时,电荷转移电阻、阳极和阴极反应极化又开始增大。     

Gd3＋掺杂对Sr2FeMoO6结构及电磁性能的影响

采用微波固相烧结法合成了双钙钛矿Sr2-xGdxFeMoO6（x=0.0、0.1、0.2、0.3）。用XRD和VSM对样品的物相结构和电磁性能进行了研究。结果表明所得Sr2FeMoO6为四方晶系结构,空间群为I4/mmm,随Gd3＋掺杂量的增加,Fe、Mo排列的有序度逐渐降低,同时伴有少量Gd2O3杂相生成。样品Sr2-xGdxFeMoO6均表现为铁磁性,磁转变温度均高于室温,Gd3＋掺杂使得样品的室温饱和磁化强度降低,但适量Gd3＋的掺杂（x=0.3）可明显提高样品的室温磁电阻变化率。样品Sr2-xGdxFeMoO6均呈现典型的半导体行为,当x=0.0、0.1、0.2时,在100～300K,其电输运行为服从小极化子变程跃迁导电机制;当x=0.3时,在150～300K,服从小极化子变程跃迁导电机制;在100～150K,则属于绝热小极化子导电机制。     

La1-xSrxFeO3纳米微粉的微结构与磁性

为了研究La1-x Srx FeO3纳米微粉的成分及颗粒尺寸对其微结构及磁学性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备了不同颗粒尺寸、不同Sr含量的钙钛矿型La1-x Srx FeO3(x=0～0.3)纳米微粉,采用X射线衍射和振动样品磁强计对其结构与磁性进行了分析.分析表明,所制样品均具有正交钙钛矿结构;对于颗粒尺寸相近、Sr含量不同的样品,随Sr含量增加,晶格收缩;在具有不同颗粒尺寸的La1-xSrx FeO3(x=0.3)纳米微粉中,随着颗粒尺寸的减小,晶格膨胀;La1-x Srx FeO3(x=0～0.3)纳米微粒具有弱铁磁性,Sr含量的增加导致自发磁化强度下降,且随着颗粒尺寸的减小,La1-x Srx FeO3(x=0.3)纳米微粉的自发磁化强度增大;由Sr的替代以及颗粒尺寸减小引起的结构变化导致磁性的变化.     

La0.7Sr0.3MnO3-Sm0.2Ce0.8O1.9阴极对氧化锆薄膜燃料电池性能的影响

采用固相混合法和浸渍法分别在阳极支撑的氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）薄膜上制备了La0.7Sr0.3MnO3（LSM）-Sm0.2Ce0.8O1．9（SDC）复合阴极。结果表明，使用浸渍阴极的单电池获得更好的输出性能；但浸渍阴极的孔隙率较低，在高温区容易出现浓差极化现象。通过降低浸渍阴极的厚度，可以有效地提高电极的气体扩散速率,通过调整浸渍电极的厚度，可以在不同温度下获得理想的电池性能。采用4μm厚浸渍阴极的单电池，800℃的最高功率密度为1100mW／cm^2；采用28μm厚浸渍阴极的单电池，600℃的最高功率密度为295mW／cm^2。     

新型氧离子导体La1.84R0.16Mo1.7W0.3O8.92（R=Ca^2＋、Sr^2＋、Ba^2＋）的制备及其电性能

以La2Mo1.7W0.3O9为本体,在La位进行碱土金属掺杂,采用溶胶-凝胶方法合成新型氧离子导体La1.84R0.16Mo1.7 W0.3O8.92(R=Ca2 、Sr2 、Ba2 ).应用示差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能.结果表明:掺杂改善了本体导电性能的同时,保持了La2Mo1.7W0.3O9抑制La2Mo2O9相变的功能;碱土离子的掺杂,在体系中引入了氧空位,有利于氧离子扩散,提高氧离子导电性,773K时Ba2 掺杂体系的电导率为1.0×10-4S/cm,高于本体的电导率(5.0×10-5/cm).     

掺杂对Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ阳极材料电化学性能影响研究进展

固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的清洁、高效的能量转化器件.传统的金属陶瓷阳极材料存在碳沉积、硫中毒和氧化还原循环稳定性差等缺点,限制了其商业化应用.为了改善金属陶瓷阳极在实际应用中遇到的问题,近年来混合电子-离子导体的钙钛矿陶瓷阳极得到了长足的发展.其中,结构组成为Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ的阳极材料具有较好的稳定性、较高的电导率、合适的热膨胀系数和优异的电化学性能,因而被广泛研究,特别是元素掺杂.本工作根据钙钛矿ABO3可掺杂的位置,分别从A位、B位和O位掺杂进行讨论,总结了各元素掺杂和掺杂量对Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ的容忍因子、晶体结构、稳定性、电导率、热膨胀系数和电化学性能等的影响.这些掺杂策略为改性Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ钙钛矿阳极提供了新颖的思路,此思路也可用于改性其他同类钙钛矿阳极材料.最后总结了Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ和典型钙钛矿陶瓷阳极材料的发展方向:一方面可通过阴离子掺杂和共掺杂策略进一步提高钙钛矿陶瓷阳极材料的性能;另一方面可采用密度泛函理论进一步阐明元素掺杂的作用机制.     

层状结构锰氧化物La2-2xSr1+2xMn2O7的EXAFS研究

采用溶胶—凝胶法和传统的固相反应法相结合,制备了双层钙钛矿结构锰氧化物La2-2xSr1 2xMn2O7较宽掺杂范围内(0．2≤x≤0．6)系列单相样品,并测量了各样品的X射线衍射谱(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱。通过对XRD的分析证实样品均为Sr3Ti2O7型四方结构,空间群为I4／mmm,同时发现晶格参数a随掺杂量x的变化几乎不变,而c随x的增加则明显减小。通过对EXAFS的分析和研究得到MnO6八面体中c轴方向的Mn—O键长和Jahn—Teller畸变量△JT随掺杂浓度x的变化,发现在最佳掺杂浓度x=0．33附近,J-T畸变最大,显示出La2-2xSr1 2xMn2O7(0．2≤x≤0．6)系列锰氧化物的磁电性能与畸变量△JT密切相关。     

La0.67Sr0.33MnO3中Ag-Ti的掺杂效应

将La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）、Ag2O及TiO2粉混合经高温烧结后制备了钙钛矿相/xAg两相复合体系（x是Ag与钙钛矿材料的物质的量比）,系统地研究了Ag-Ti的共掺杂对LSMO电性和磁电阻效应的影响.0.07摩尔比Ti4＋离子的B位掺杂使LSMO的居里温度降至室温.Ag的掺入对Tc影响不大,Tp逐渐升高.由于钙钛矿颗粒属性的改善和金属导电通道的出现,材料的电阻率明显下降.Ag掺杂使室温磁电阻得到显著增强,室温下从x=0.30样品中得到最大的磁电阻,约为32%,是La0.67Sr0.33MnO3样品的8倍,La0.67Sr0.33Mn0.93Ti0.07O3样品的1.6倍.     

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。     

La和F复合掺杂对LiMn2O4高倍率性能的影响

采 用 分 段 高 温 氧 化 固 相 法 合 成 了 掺 杂La3+ 、F-的锂离子电池正极材料LiLaxMn2-xFxO4-x(x=0、0.01、0.02、0.05)。结果发现:在8 3 3 8 A 7 3 01C时,掺杂与否对其放电容量影响不大;在28 3 3 8 A 3 3 310C时,掺杂可明显改善倍率性能;在15C时,掺杂量也显示出重要影响,未 掺 杂 的LiMn2O4的 高 倍 率 放 电 能 力 仅 为4%,而掺杂x=0.02的达到56%。XRD物相、CV循环伏安和EIS电化学阻抗分析支撑了倍率性能的实验结果,当不出现第二相时,随掺杂量增加,电荷转移电阻、阳极和阴极反应极化逐渐减小,反应可逆性逐渐增大,但当x=0.05出现第二相时,电荷转移电阻、阳极和阴极反应极化又开始增大。     

Ho对La0.7Sr0.3MnO3庞磁阻材料微观结构的影响

运用X射线衍射和透射电子显微分析等方法，探讨了稀土掺杂元素Ho对La0.7Sr0.3MnO3庞磁阻材料微观结构的影响。对于La0.7-xSr0.3MnO3庞磁阻材料，Ho含量较低时（x=0．2），材料主要由典型的菱面体钙钛矿相（La0.7Sr0.3MnO3）和六角非钙钛矿相（HoMnO3）组成，还伴随有少量钙钛矿型正交点阵结构出现。当Ho掺杂量较高时（x=0．6），菱面体体积分数明显降低，而六角相显著增多。另外，稀土Ho的增多引起了菱面体单胞点阵参数（α和c）的缩短，这主要是由于菱面体单胞结构中La/Sr原子比例变小而导致的。同时，Ho的掺杂也降低了材料的晶粒尺寸。     

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。     

SrBi4Ti4O15铁电陶瓷A位掺杂改性研究

采用固相烧鲒法，以镧系元素La和Nd为掺杂离子，制备了不同掺杂量的SrBi4Ti4O15（SBTi）铁电陶瓷。X射线衍射谱显示样品呈随机取向的单一层状钙钛矿结构相。铁电测量显示适量的La和Nd掺杂使得SBTi的剩余极化（2P，）得到显著增加。对于SrBi4-xLaxTi4O15（SBLT—x），当x=0．25时，2P，达到极大值，为24．2μC／cm^2，对于SrBi4-yNdyTi4O15（SBNT—Y），当y=0．18时，2P，达到极大值，为25．8μC／cm^2，和未掺杂相比，分别增长近50％和56％。SBLT—x样品的矫顽场随掺杂量的增加而逐步减小，SBNT—Y的矫顽场在y=0．00到0．18之间几乎不变，在更大掺杂量下，随掺杂量的增加而逐步减小。掺杂引起材料中点缺陷浓度的降低和晶格畸变的减小，这两种因素的共同作用决定了刺余极化的变化。样品的变温介电谱显示，晶体的居里温度随掺杂量的增加而下降。在掺杂量大于0．75以后，SBLT—x和SBNT—y样品均出现驰豫铁电体的典型特征。     

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.     

La_(0.7)Ca_(0.3)Fe_(0.25)Co_(0.75)O_3-聚苯胺纳米复合材料的合成与表征

用甘氨酸一硝酸盐燃烧法制备掺杂的钙钛矿型La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3纳米晶体复合氧化物;以苯胺、过硫酸铵为原料,盐酸为溶荆,采用原位聚合法合成粒径为18.1nm的La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3-聚苯胺纳米复合材料.用IR、XRD、SEM和电化学测试对复合材料进行表征.结果表明;La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3纳米晶体阻碍了聚苯胺结晶,复合材料中PANI和La0.7Ca0.3Fe0.25Co0.75O3存在相互作用,高分子基体在一定程度上减少了纳米颗粒的团聚.循环伏安表明,在KOH溶液中,复合材料有更好的电化学活性.     

(Y_(0.08)Sr_(0.92))_(1-x)Ti_(0.6)Fe_(0.4)O_(3-δ)混合导体材料的电子-离子阻抗特性

用溶胶-凝胶法制备了(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ(x=0.05,0.07,0.10)混合导体材料,用X射线衍射(XRD)分析该材料的物相,用交流阻抗法和电子阻塞电极法分别测定材料的总电导率与离子电导率,研究了A位缺位对(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ混合导体材料的结构、电性能及阻抗行为的影响。结果表明,所有试样都具有单一立方相钙钛矿结构;在测试温度范围内(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ(x=0.05,0.07,0.10)的总电导率随着温度的升高先增大后减小,表现为小极化子导电机理;随着A位缺位量的增加,总电导率降低。(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ(x=0.05,0.07,0.10)在800℃的总电导率为0.011-0.26 S·cm-1。(Y0.08Sr0.92)1-xTi0.6Fe0.4O3-δ的总电导率阻抗谱只显示了高频斜线部分,说明材料主要以电子电导为主;离子传导的弛豫时间逐渐随着A位缺位量的增加而增大,说明A位缺位不利于离子在晶界中的传导。     

La0.8Sr0.2CoxFe1-xO3型氧扩散障层材料的制备及结构性能研究

采用共沉淀-凝胶方法制备La0.8Sr0.2CoxFe1-xO3(x=1.0、0、0.3)氧扩散障碍层材料的前驱体,分别用X射线衍射分析、透射电镜、扫描电镜和交流阻抗谱仪对三种不同粉体及其陶瓷结构和性能进行研究.结果表明:在870℃下焙烧制备的La0.8Sr0.2CoxFe1-xO3(x=1.0、0、0.3)粉末具有钙钛矿相结构,无硬团聚,颗粒大小在20～60 nm.此粉末经冷等静压250MPa成型后,在1120℃下烧结6h,La0.8Sr0.2CoO3和La0.8Sr0.2FeO3混合导体的电导率在10—1S/cm数量级,而La0.8Sr0.2Co0.3Fe0.7O3导电率最高达100 S/cm数量级.三种陶瓷都是电子电导远大于离子电导的混合导体,电导率最高值在200～300℃范围,偏向低温.     

固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.8)Sr_(0.2)Cu_(1-x)Co_xO_(2.5-δ)的制备和性能研究

为探索适于中温条件下使用的固体氧化物燃料电池的阴极材料,采用柠檬酸-硝酸盐燃烧合成法制备了La0.8Sr0.2Cu1-xCoxO2.5-δ(x=0～0.4)粉体。利用X-射线衍射(XRD)技术对粉体的性能进行了表征,XRD结果表明,经800℃焙烧的粉体的对称性较高,已形成钙钛矿结构。采用直流四电极法测试La0.8Sr0.2Cu1-xCoxO2.5-δ试样的电导率,测试温度范围为100～800℃,试样的电导率ln(σT)与1/T之间呈很好的线性关系,说明La0.8Sr0.2Cu1-xCoxO2.5-δ在测试温度范围内服从小极化子导电机制。Co掺杂量对试样的电导率和电导活化能有着明显的影响,当Co掺杂量为0时,La0.8Sr0.2CuO2.5-δ的电导率最高,电导活化能最小。     

SOFC阴极材料La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)的甘氨酸-硝酸盐法合成与表征

通过甘氨酸-硝酸盐法制备出均质纳米粉体La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC),并采用TGA、XRD、BET和SEM等手段进行了表征;同时研究了600～800℃以LSC为阴极材料的单电池的输出性能。结果表明,产物在800℃时已形成钙钛矿相,且具有较高的比表面积,950℃为最佳烧结温度,可获得纳米级多孔显微结构,所得单电池输出性能显著提高;当电压为0.7V时,电池功率密度增幅随温度增加非常明显。