氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)的制備.pdf

1、在固體氧化物燃料電池中,電解質(zhì)的選擇和制備是最重要的環(huán)節(jié)之一。目前SOFC電解質(zhì)材料研究最多的是氧離子導(dǎo)體,其中氧化鋯基電解質(zhì)由于具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、機(jī)械性能和廣泛的應(yīng)用范圍而成為研究熱點(diǎn)。其中Y2O3穩(wěn)定ZrO2(YSZ)作為最傳統(tǒng)、應(yīng)用最廣泛的SOFC電解質(zhì)材料,其主要存在的問(wèn)題是工作時(shí)不穩(wěn)定,電導(dǎo)率低。因此,本文對(duì)Sc2O3穩(wěn)定ZrO2(ScSZ)新型電解質(zhì)材料進(jìn)行深入探索并對(duì)其制備工藝、性能特點(diǎn)作出詳細(xì)的研究。
　　本文采

2、用溶膠凝膠法制備(Sc2O3)x(ZrO2)1-x新型電解質(zhì)材料對(duì)干凝膠前驅(qū)體進(jìn)行TG-DSC熱分析得出在溫度達(dá)到222℃時(shí)出現(xiàn)較弱的吸熱峰和11.8％的失重,這是因?yàn)榍膀?qū)體殘余水分的蒸發(fā)和有機(jī)溶劑的揮發(fā)造成的。當(dāng)溫度達(dá)到262℃時(shí)出現(xiàn)較寬的放熱峰和40％的失重,則是因?yàn)橛袡C(jī)基團(tuán)的熱分解、燃燒和非晶態(tài)ZrO2的形成導(dǎo)致。
　　采用XRD物相分析和顆粒粒度分析測(cè)定,對(duì)(Sc2O3)x(ZrO2)1-x電解質(zhì)粉體特性進(jìn)行探究。XRD物

3、相分析發(fā)現(xiàn),隨著Sc2O3含量的增加,物相組成逐漸由單斜相ZrO2向四方相和立方相ZrO2轉(zhuǎn)變。當(dāng)x在8～10mol％范圍內(nèi)時(shí),主要是以四方相和立方相ZrO2構(gòu)成,Sc2O3起到了穩(wěn)定ZrO2的作用。對(duì)電解質(zhì)粉體粒度分析表明,(Sc2O3)x(ZrO2)1-x電解質(zhì)粉體平均顆粒粒徑均在0.7μm左右。
　　電解質(zhì)粉體單向壓力成型,在1550℃-1600℃高溫?zé)Y(jié)。應(yīng)用SEM觀察斷口微觀形貌表明,(Sc2O3)x(ZrO2)1-x電

4、解質(zhì)隨著燒結(jié)溫度的升高,晶粒尺寸增大,致密度提高。當(dāng)燒結(jié)溫度相同時(shí),隨著Sc2O3含量的增加,燒結(jié)體氣孔減少,致密度增大。
　　對(duì)(Sc2O3)x(ZrO2)1-x電解質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)分析發(fā)現(xiàn),溫度和Sc2O3摻入量對(duì)ScSZ電解質(zhì)的電導(dǎo)率和活化能產(chǎn)生影響。隨著測(cè)試溫度的升高,ScSZ電解質(zhì)的電導(dǎo)率增大(800℃時(shí)最大可達(dá)到0.0952S/cm)。電導(dǎo)活化能隨著Sc2O3摻入量的增大而降低。
　　由于Sc2O3穩(wěn)定ZrO2電解質(zhì)