BaZrO3／NaOH复相质子导体的制备与性能

Y掺杂的BaZrO3高温质子导体具有良好的化学稳定性，但较低的电导率影响了其在燃料电池领域的应用。本研究以NaOH为复相添加剂，ZnO为烧结助剂，中温烧结制备了BaZrO3／NaOH复相质子导体，采用直流四电极法测试了其在湿氢气中的电导率，扫描电镜观察了材料的显微结构，详细研究了ZnO和NaOH对材料微观结构和导电性能的影响。结果表明添加3mol％ZnO可以在1350℃成功制备出BaZrO3／NaOH复相质子导体，相对于单相的Y掺杂BaZrO3陶瓷，BaZrO3／NaOH复相质子导体显示出更高的质子导电性能。     

烧结助剂对固体氧化物电池的质子导体电解质烧结性能和电导率影响的研究进展

质子导体氧化物在600 °C下具有较高的质子导电性,在应用于开发低成本、耐用的中低温固体氧化物电池方面具有显著的优势。目前,BaZr1-xYxO3-δ (BZY),BaCe0.7-xZrxY0.2O3-δ (BCZY)和BaCe0.7-xZrxY0.1Yb0.1O3-δ (BCZYYb)等基于Ba、Ce、Zr、Y和Yb的ABO3型钙钛矿结构的质子导体电解质材料具有最优异的电化学性能。但是这些材料的烧结性能,电导性能和稳定性难以兼得,从而严重限制了它们的应用。为了在较低的烧结温度下获得具有高导电率和长期稳定的致密的电解质,最常用的方法是在质子导体氧化物中添加烧结助剂。而最近报道的研究论文中,烧结助剂对质子导体导电性的影响存在较大的差异。所以本综述全面讨论了近年来烧结助剂改性的质子导电氧化物的研究进展,并详细总结了不同烧结助剂对质子导电氧化物相对密度、晶粒生长、烧结行为、体电导率和晶界电导率的影响,进而提出一些潜在的研究思路。     

高温质子导体BaZr0.45Ce0.45Gd0.1O3-δ的制备及性能

利用高温固相反应法制备高温质子导体BaZr0.45Ce0.45Gd0.1O3-δ.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和交流阻抗谱法对不同烧结温度试样的相组成、微观形貌和导电性能进行表征,并测试试样在沸水和CO2气氛中的化学稳定性.结果表明1 600 ℃烧结的试样为纯相且致密;此温度下制备的试样具有最高的电导率,800 ℃时其电导率达到0.82×10-2 S/cm,电导活化能为0.74 eV;样品对CO2表现出良好的化学稳定性,而在沸水中其稳定性稍差.     

质子-电子混合导体SrCe_(0.95)Tm_(0.05)O_(3-δ)的电性能研究

采用高温固相法制备了质子-电子混合导体SrCe_0.95Tm_0.05O_(3-δ)材料.使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对1600 ℃烧结10 h后的混合导体晶型、微观形貌进行了研究.应用交流阻抗谱法测试了空气、氢气、氩气3种不同气氛中混合导体的电导率.结果表明:所制备的混合导体为单相致密斜方晶钙钛结构,气氛对晶粒电导率影响不大,而对晶界和总电导率有明显影响.800 ℃空气、氢气和氩气气氛中总电导率分别为4.65×10~(-3),3.41×10~(-3),1.87×10~(-3) S·cm~(-1).     

NaCl/Na_2CO_3对BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)/ZnO质子导体陶瓷的烧结性能和电导率的影响

拟通过添加烧结助剂(ZnO)和钠盐(NaCl/Na_2CO_3)来改善BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)质子导体陶瓷的烧结性能和电导率。采用机械球磨混合结合高温常压烧结工艺制备BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)-ZnO-NaCl/Na_2CO_3质子导体陶瓷,利用XRD、SEM、EDS和EIS等手段对烧结陶瓷的物相、微观形貌、化学组成和电学性能进行测试表征。结果表明:当烧结工艺为1450℃烧结保温6 h且ZnO添加量达到2%(摩尔分数)时,BZY-2%ZnO陶瓷的致密度和线收缩率分别为95.25%和16.76%,其晶粒尺寸大小约0.8～1μm。当烧结工艺为1400℃烧结保温4 h且Na Cl和Na_2CO_3添加量分别为5%时,BZY-2%ZnO-5%NaCl和BZY-2%ZnO-5%Na_2CO_3陶瓷的致密度分别为96.71%和97.47%,线收缩率分别为17.89%和19.78%。在湿润空气中,当测试温度为700℃时,BZY-2%ZnO-10%Na_2CO_3和BZY-2%ZnO-10%NaCl陶瓷的电导率分别为3.124×10~(-3)S/cm和2.505×10~(-3)S/cm,而未添加Na Cl和Na_2CO_3的BZY-2%ZnO陶瓷的电导率仅为1.292×10~(-3) S/cm。添加NaCl和Na_2CO_3可以提高BZY-2%ZnO陶瓷的烧结性能和电导率。     

Yb2O3或Y2O3掺杂Cu-(NiFe2O4-10NiO)惰性阳极的导电性和耐蚀性

在氧分压约为100 Pa的氮气氛下烧结制备了掺杂Y2O3、Yb2O3的10Cu-(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷,并对其进行导电性能测试和10h(Na3A1F6-Al2O3体系中)铝电解实验.采用XRD、SEM和EDS分析稀土氧化物以及其与陶瓷基体反应产物的分布,考查电解实验后材料表层显微结构变化尤其是金属相的流失情况,评价稀土氧化物的添加对金属陶瓷电解初期腐蚀行为的影响.结果表明:掺杂稀土氧化物均使NiO相呈连通迹象,掺杂Yb2O3金属陶瓷晶粒较未掺杂的粗大,其与陶瓷相反应生成物成点线状分布于NiFe2O4相晶界,Y2O3与陶瓷相反应生成物则分布于NiO与NiFe2O4相间;所制备材料具有半导体特征,随着稀土氧化物的掺杂,材料导电性呈下降趋势;掺杂稀土氧化物尤其是Yb2O3有利于提高材料的耐蚀性能.     

Zn掺杂对YCrO3基连接材料低温烧结和电导性能的影响

YCrO3基固体氧化物燃料电池(SOFC)连接材料与LaCrO3基连接材料相比具有更高的化学稳定性,但却难以在空气中致密化烧结.利用溶胶-凝胶工艺在Y0.8Se0.2CrO3-δ的B位掺杂10 mol％的Zn制备Y0.8Sr0.2Cr0.9Zn01O3-δ高活性粉体,在1400℃空气中烧结获得了96.6％的高致密度,并且仍然保持单一正交钙钛矿相结构,远高于同条件下Y0.8 Sr0.2 CrO3-δ的76.4％的烧结致密度.Y08Sr02Cr09Zn01O3-δ烧结样品遵从小极子导电机理,850℃空气中的电导率达到3.7 S·cm-1;热膨胀系数为9.4×10-6K-1,与YSZ相接近,表明Y08Sr02Cr0.9Zn01O3-δ是一种稳定易烧结的适合YSZ基SOFC的新型陶瓷连接材料.     

Y_(0.08)Sr_(0.92)TiO_(3+δ)/Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)双相混合导体合成及在氧传感器中应用

以SrCO_3、TiO_2、Y_2O_3、CeO_2及Gd_2O_3为原料,用传统固相烧结法在不同温度下制备了一系列比例(体积比)的Y_0.08Sr_0.92TiO_(3+δ)/Gd_0.2Ce_0.8O_1.9(CGO)双相复合混合导体材料.用Archimedes法、SEM 、XRD、 EIS等手段对材料的致密度、微观结构、化学相容性及导电性能进行了研究.结果表明,1600 ℃烧结的40% (体积分数, 下同)YST/60% CGO的试样相对体密度达到了99%,未发生相转变,化学相容性较好且电导率较高.以40%YST/60%CGO的粉体作为混合导体制备极限电流传感器,进行O_2敏感性能测试.结果表明:传感器在氧浓度低于0.1%,温度范围在600～700℃内,极限电流随氧浓度增大而增大,二者具有较好的线性关系.实验证明YST/CGO混合导体材料可以作为限流型氧传感器的扩散阻使用.     

硼掺杂锌锡氧化物靶材的制备、组织及性能研究

采用纳米B_2O_3、ZnO和SnO_2粉末原料和氧压烧结法,在1200~1250℃烧结制备出不同硼掺杂量的锌锡氧化物(ZTO)陶瓷靶材(BZTO)。借助SEM、XRD,研究了掺杂量、烧结温度等对BZTO靶材微观组织及性能的影响。结果表明,B_2O_3在BZTO中的存在状态与加热/烧结温度紧密相关。600℃加热后,B_2O_3主要固溶于SnO_2和ZnO晶格中;1000℃和1250℃烧结后,B_2O_3与ZnO反应生成Zn_5B_4O_(11)中间相,也会部分固溶于基体相中。在1250℃烧结时,3.0wt%B_2O_3掺杂的BZTO靶材晶粒细小,组织致密,相对密度也最高。     

Sn~(4+)掺杂LaNbO_4陶瓷的组织结构及导电性能研究

本文采用高温固相反应法制备了Sn4+掺杂LaNbO4陶瓷粉体,随后对块体的成型及烧结工艺进行优化,对组织结构、导电性能和化学稳定性进行了测试分析,最后利用第一性原理计算对水蒸气条件下的导电机理进行了研究。态密度结果、能谱成分分析及导电性能测试结果显示Sn4+的最适宜掺杂量为0.5~1at.%。当Sn4+掺杂量为0.5at.%时,LaNbO4陶瓷具有最高的电导率,且为纯质子导电机制。LaNbO4陶瓷具有良好的化学稳定性,且Sn元素的掺入未对LaNbO4陶瓷的化学稳定性产生影响。第一性原理计算结果显示水分子在含氧空位的LaNbO4(010)表面上方会自发解离为质子和羟基,且倾向于在氧空位上方发生解离。