BaCe1-y-xZryErxO3-a的合成、導電性及應用.pdf

1、BaCeO3基離子導電陶瓷材料是一類重要的功能材料。在固體氧化物燃料電池(SOFC),氫傳感器,水蒸氣電解器,氫的分離和純化,常壓合成氨,核聚變反應堆廢氣中氫同位素的回收等電化學裝置及薄膜反應器方面具有重要的應用價值和廣泛的應用前景。
　　 BaCeO3基離子導電陶瓷材料具有較高的離子電導率,但在二氧化碳和水蒸氣氣氛中化學穩(wěn)定性較差。這使其實際應用受到很大限制。而BaZrO3基離子導電陶瓷材料具有很高的化學穩(wěn)定性和機械強度,但其

2、離子電導率較低。BaCeO3和BaZrO3能以任意比例形成固溶體。目前,國內外的研究者根據上述特點制備了BaCeO3基及 BaZrO3基復合離子導電陶瓷材料,既具有較高的電導率又具有較高的化學穩(wěn)定性。
　　 但至今未見到 Zr4+與 Er3+同時摻雜的 BaCeO3離子導電陶瓷材料的報道。因此,本論文以 BaCeOP3為母體,在 Ce4+位置同時摻雜 Zr4+與 Er3+,首次合成了BaCe1-y-xZryErxO3-α(X=0

3、.5,0.1,0.15,0.2；y=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列離子導電陶瓷材料,研究了材料在300-800℃的中溫電性能及其在燃料電池和常壓合成氨中的應用。
　　 本論文的主要研究工作及結果如下:
　　 1.保持相同的 Zr4+含量,改變 Er3+含量,采用微乳液法合成了BaCe0.9-xZr0.1ErxO3-α(x=0.05,0.10,0.15,0.20)系列陶瓷樣品的前驅體,經1150℃下煅燒及1550

4、℃下燒結制得了致密、單相陶瓷樣品,分別比通常固相法的煅燒(1250℃)及燒結溫度(1650℃)降低了100℃；通過交流阻抗、氫濃差電池、氫分子泵等電化學方法研究發(fā)現(xiàn),各樣品在300—800℃下、氫氣氣氛中幾乎為純的質子導體；當 Er3+的摻雜量為0.15時樣品的電導率最高。
　　 2、保持相同的 Er3+含量,改變 Zr4+含量,采用微乳液法合成了BaCe0.85-yZryEr0.15O3-α(y=0.0,0.1,0.2,0.3

5、0,0.4)系列陶瓷樣品的前驅體,經1150—1200℃下煅燒及1550℃下燒結制得致密、單相陶瓷樣品:測定了樣品在3％CO2+3％H2O+96％N2氣氛中的化學穩(wěn)定性,結果表明:化學穩(wěn)定性隨著Zr4+摻雜量的增加而增大；在300-800℃時的電性能結果表明:電導率隨著樣品中Zr4+摻雜量的增加而下降；發(fā)現(xiàn)在研究的樣品中,BaCe0.65Zr0.20Er0.15O3-α同時具有較好的化學穩(wěn)定性和較高的電導率。
　　 3、采用交流

6、阻抗、氫濃差電池、水蒸氣濃差電池等電化學方法系統(tǒng)地研究了BaCe0.65Zr0.2Er0.15O3-α樣品在300-800℃下、氫氣氣氛中的的導電性能,發(fā)現(xiàn)該樣品在此條件下幾乎為純的離子導體,且質子導電占主導地位；測定和研究了BaCe0.65Zr0.20Er0.15O3-α樣品(陶瓷片厚0.67 mm)在700-800℃下的氫／空氣燃料電池性能,在800℃時的最大輸出電流密度約為360 mA·cm-1,最大輸出功率密度為90 mW·cm