中溫固體氧化物燃料電池新型電解質(zhì)和陽極材料的制備與表征.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)采用離子導(dǎo)體陶瓷作電解質(zhì),具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,燃料可選范圍廣等優(yōu)點.傳統(tǒng)的SOFC采用Zro<,2>基陶瓷材料(尤其8mol﹪Y<,2>o,,3>穩(wěn)定Zro<,2>,YSZ)作電解質(zhì).但是Zro<,2>陶瓷燒結(jié)溫度高,且由于YSZ電解質(zhì)電導(dǎo)率的限制,電池必須在較高的溫度(>800℃)下工作,從而限制了SOFC的實用化.因此,開發(fā)中溫范圍內(nèi)具有高氧離子導(dǎo)電性的電解質(zhì)材料并降低制造成本是當(dāng)前SOFC的研究熱點之一

2、.本論文通過固相反應(yīng)法制備了Sm<,2>o<,3>、La<,2>O<,3>、CeO<,2>及Y<,2>O<,3>等復(fù)合摻雜ZrO<,2>粉體,并對其燒結(jié)行為和燒結(jié)體的組織性能進(jìn)行研究;對用不同量的Sm<,2>O<,3>和Y<,2>O<,3>摻雜的ZrO<,2>陶瓷的力學(xué)性能和中溫下的電導(dǎo)率做了分析和比較. 有關(guān)復(fù)合摻雜ZrO<,2>基電解質(zhì)的研究結(jié)果表明,不同稀土氧化物摻雜ZrO<,2>成形壓坯的燒結(jié)收縮率不同,Sm<,2>O<

3、,3>、Y<,2>O<,3>共摻雜ZrO<,2>燒結(jié)收縮率最大,1500℃溫度下燒結(jié)收縮率可達(dá)26.20﹪,燒結(jié)體密度最高,1500℃下燒結(jié)密度可達(dá)5.964g/cm<'3>.與一般ZrO<,2>陶瓷燒結(jié)溫度(1600℃)相比,降低了100℃.隨著燒結(jié)溫度的升高稀土氧化物復(fù)合摻雜ZrO<,2>的密度增大,燒結(jié)溫度由1450℃至1500℃,燒結(jié)體密度增幅較大,由1500℃至1550℃時,增幅則較小.SEM觀察表明,Sm<,2>O<,3>、

4、CeO<,2>與Y<,2>O<,3>的共摻雜有助于ZrO<,2>燒結(jié)表面致密化.0.5﹪molSm<,2>O<,3>與3﹪Y<,2>O<,3>摻雜的ZrO<,2>在1550℃保溫4h燒結(jié)所得燒結(jié)體硬度為90.5HRA,抗彎強(qiáng)度為868MPa.燒結(jié)體的電導(dǎo)率有明顯改善,800℃下電導(dǎo)率可達(dá)到0.02S/cm,電導(dǎo)活化能為1.012ev;Sm203超過1﹪時,ZrO<,2>陶瓷的力學(xué)性能降低,但電導(dǎo)率明顯增大,1﹪Sm<,2>O<,3>和3