CeO2基氧離子導(dǎo)電復(fù)合材料的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFCs)是一種將燃料的化學能轉(zhuǎn)化成電能的電化學電池。其中，電解質(zhì)材料對降低SOFCs的工作溫度和提高SOFCs的工作效率起到關(guān)鍵的作用。本文以立方螢石結(jié)構(gòu)的釤摻雜氧化鈰(Ce0.8Sm0.2O1.9，SDC)和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鍶、鎂共摻雜鎵酸鑭(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85，LSGM)為研究對象，采用共沉淀方法制備電解質(zhì)材料，研究摻雜和復(fù)合等技術(shù)對氧

2、離子導(dǎo)電性的影響特征，并分析了相關(guān)導(dǎo)電機理。工作主要包含以下內(nèi)容:
　　 (1)采用共沉淀方法分別制備SDC和LSGM單相電解質(zhì)材料。以XRD和交流阻抗等分析測試手段對電解質(zhì)材料的相組成和性能進行表征。結(jié)果表明:采用化學共沉淀方法，可以制備出高純度的單相SDC和LSGM粉體。用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝在1450℃下燒結(jié)出了離子電導(dǎo)率較高的塊體材料。其中，SDC和LSGM在700℃下的電導(dǎo)率為分別為1.01×10-2 S/cm和1.76×1

3、0-2 S/cm。
　　 (2)采用共沉淀合成方法、兩步工藝制備SDC-LSGM復(fù)合電解質(zhì)，并研究LSGM含量對復(fù)合電解質(zhì)材料的導(dǎo)電特性的影響。通過XRD分析得出，復(fù)合電解質(zhì)材料的主相為螢石結(jié)構(gòu)的CeO2相，第二相為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LaGa03，同時存在少量雜質(zhì)相LaSrGa3O7。在所有測試溫度范圍內(nèi)，復(fù)合樣品對應(yīng)晶界效應(yīng)的交流阻抗曲線比單相SDC更小。其中，10 wt％LSGM含量的樣品具有最高的離子電導(dǎo)率，700℃時達到3.4

4、×10-2 S/cm，是單相SDC和LSGM的2倍以上。研究得出，兩相復(fù)合是提高電解質(zhì)電導(dǎo)率的有效方法。交流阻抗數(shù)據(jù)分析表明，晶界電導(dǎo)率的提高是復(fù)合樣品導(dǎo)電性提高的主要原因。
　　 (3)研究SDC-LSGM復(fù)合材料LSGM相中La2O3的適當過量對復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響。在本實驗的研究體系中，La2O3原料過量3 wt％的樣品具有最高的離子電導(dǎo)率，700℃時復(fù)合材料的離子導(dǎo)電性達到9.6×10-2 S/cm，比單相SDC提高了

5、近一個數(shù)量級。研究得出，材料復(fù)合引起的界面結(jié)構(gòu)特征變化是增強材料導(dǎo)電性的重要因素。
　　 (4)研究熱壓燒結(jié)工藝對SDC-LSGM復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響。對比熱壓燒結(jié)和常規(guī)燒結(jié)SDC陶瓷的電導(dǎo)率發(fā)現(xiàn):前者低溫電導(dǎo)率比后者更高，并且電導(dǎo)率差值隨著溫度降低逐漸提高，200℃時兩者的電導(dǎo)率差值達1個數(shù)量級以上。熱壓復(fù)合樣品的電導(dǎo)率相比傳統(tǒng)復(fù)合樣品的電導(dǎo)率也有一定程度提升。700℃時，電性能最好的含15％LSGM的熱壓復(fù)合陶瓷的電導(dǎo)率達