Li2O作為摻雜氧化鈰基材料助燒劑的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFCs)以其高效、環(huán)境友好及燃料多樣化吸引了研究者的目光。但SOFCs高的操作溫度也引發(fā)了諸如電解質(zhì)與電極界面間的化學擴散,電池材料的衰減以及金屬連接材料的腐蝕等問題。因而SOFCs中溫化成為研究熱點,而尋找在500℃~700℃的溫度范圍內(nèi)有足夠離子電導的新型電解質(zhì)材料是方向之一。
　　釤摻雜的氧化鈰(SDC)因其中溫范圍內(nèi)高的離子電導,低活化能以及室溫到熔點下穩(wěn)定存在的螢石結(jié)構(gòu)而成為最具希望的新型電解質(zhì)。

2、但SDC燒結(jié)活性過低,過高的燒結(jié)溫度使其無法與電極材料共燒結(jié)。因此,提高燒結(jié)性能,降低燒結(jié)溫度是SDC實現(xiàn)應用的一個關(guān)鍵。
　　本文采用共沉淀法制備Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)粉體,研究加入Li2O后SDC燒結(jié)性能、電導率以及電化學性能的變化關(guān)系,評估Li2O作為SDC助燒劑的可行性并探究了Li2O的燒結(jié)機理。
　　實驗結(jié)果表明,將Li2O加入SDC中,可以使得SDC的燒結(jié)溫度從1500℃降低到900℃。在900℃

3、下燒結(jié)6h后:加入2mol％氧化鋰的SDC(記作SDC2)的致密度可達99%以上,而加入3mol%氧化鋰的SDC(SDC3)在空氣氣氛中于650℃下測試的電導率是0.026S·cm-1,與未加氧化鋰的SDC(SDC0)在1500℃燒結(jié)24h后測試的電導率0.027S·cm-1相當。
　　加入SDC2的燒結(jié)過程由是晶界擴散控制,900℃時晶界擴散速率由未添加助燒劑的9.8×10-19m3·N-1·s-1提高到4.2×10-17m3·

4、N-1·s-1,提高將近兩個數(shù)量級,這是由于存在于SDC晶界中的液態(tài)氧化鋰提高了SDC擴散通量。經(jīng)計算其燒結(jié)活化能是5.5±0.5eV,而SDC0的活化能為4.70±0.32eV,前者高的原因可能是因為燒結(jié)過程中氧化鋰在SDC顆粒的晶界處出現(xiàn)熔融態(tài)。以加入2mol%氧化鋰的SDC為電解質(zhì),于600℃下在SOFC的工作氣氛中測試,穩(wěn)定后的開路電壓為0.78V,略小于SDC0作為電解質(zhì)時的0.83V的開路電壓,這是由于Li2O被氫氣還原為金