復(fù)合摻雜氧化鋯基固體電解質(zhì)的制備與電性能的研究.pdf

1、摻雜立方氧化鋯廣泛用作固體氧化物燃料電池(SOFC)、氧傳感器、氧泵等的固體電解質(zhì)。高性能的固體電解質(zhì)，不僅要有高的電導(dǎo)率及其化學(xué)穩(wěn)定性，還要有良好的力學(xué)性能。目前普遍使用的YSZ電解質(zhì)，存在著電導(dǎo)率不高、高溫老化、低溫時效退化、價格較昂貴等缺點，從而影響了SOFC的商業(yè)化進程。但是傳統(tǒng)材料制備方法和材料的組成不能滿足在固體氧化物燃料電池上的應(yīng)用要求(高的離子導(dǎo)電率，低的工作溫度，良好的力學(xué)性能等)，因此開發(fā)新的材料成為必然的選擇。

2、 1.通過共沉淀-溶膠-凝膠-共沸蒸餾-噴霧干燥工藝方法，制備了ZrO2基復(fù)合型固體電解質(zhì)材料。在材料的組成上突破傳統(tǒng)的二元系組成，在8YSZ基礎(chǔ)上選用Yb2O3作摻雜劑，再添加Al2O3，制備多元系組成的材料。在傳統(tǒng)粉體材料制備方法的基礎(chǔ)上，有選擇性結(jié)合了共沉淀法、膠化法、共沸蒸餾法、噴霧干燥法的優(yōu)點，研究了相關(guān)材料的制備工藝，并對材料的性能進行了研究。 2.以ZrOCl2·8H2O、三氯化釔(YCl3)和YbCl3等為原

3、料，采用無機膠化劑的溶膠-凝膠法制備8YSZ、8YbSZ、4Yb-8YSZ粉體。通過BET、XRD、SEM等表征粉體的物相組成、粒徑大小和粒度分布等的測定。制備出球狀、分散性好，晶粒尺寸均勻的8YSZ、8YbSZ、4Yb-8YSZ亞微粉體。 3.粉體經(jīng)干壓制成陶瓷器件，在1350℃-1600℃的氧化性氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)體的密度可達到理論密度99％左右。陶瓷片鍍電極之后，測試其離子電導(dǎo)率，利用SEM觀察了燒結(jié)體的表面形貌。研究了用Y

4、b2O3作摻雜劑對ZrO2基固體電解質(zhì)電性能的影響。結(jié)果表明：與8YSZ的電導(dǎo)率相比，8YbSZ燒結(jié)體的電導(dǎo)率有所提高，在500℃的操作溫度下所測的電導(dǎo)率就大于10-3S·cm-1，完全符合中溫固體電解質(zhì)的基本要求。對于4Yb-8YSZ三元系統(tǒng)，與8YSZ二元系統(tǒng)相比電導(dǎo)率并沒有太大的變化。在8YSZ二元系統(tǒng)中摻雜一定量的Yb2O3并沒有起到提高電導(dǎo)率的效果。 4.ZrO2陶瓷器件在700℃進行退火處理1000個小時，研究了Zr