偏析对氧化锆晶界电导的影响及提高晶界电导的几种方法

综合评述了稳定剂和杂质SiO2偏析的原理,偏析对晶界电导的影响,分析了偏析与晶粒尺寸大小关系的2种不同观点,介绍了改变烧结条件、掺杂Al2O3、加压、提高降温速度这几种可行的改善晶界电导的方法。

Sc_2O_3稳定ZrO_2多晶离子导体的晶界电导特性研究

固态离子导体中,杂质在晶界上的偏析是影响离子电导性能的一个重要因素。本工作以掺杂了10.93wt.%Sc_2O_3、1.38wt.%CeO_2的粉体为原料,分别于1300℃、1400℃和1500℃下烧制成片状样品,基于X射线衍射谱的Rietveld全谱拟合计算得到不同温度烧制样品的晶粒尺寸。采用交流阻抗方法研究了各样品的晶粒电阻、晶界电阻和总欧姆电阻随测试温度、晶粒尺寸的变化关系,对相应电导活化能进行了分析。上述研究的结果表明晶界体积占比降低引起该材料的晶界电阻随着晶粒尺寸的增大而减小,而可能存在的晶界杂质偏析在一定程度上抵消了晶界体积占比变化的影响。

Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)-BaCe_(0.8)Sm_(0.2)O_(2.9)复合电解质的晶界电导

分别采用机械混合法和一步溶胶-凝胶法制备摩尔比为1:1的Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(SDC)-BaCe_(0.8)Sm_(0.2)O_(2.9)(BCS)复合电解质,研究了不同制备方法对复合电解质SDC-BCS的显微结构以及电化学性能的影响。结果表明:相比于机械混合法,一步溶胶-凝胶法制得的复合电解质中的SDC和BCS两相的分布更加均匀;且与单相电解质SDC相比,复合电解质中SDC和BCS的相界能够为质子和氧离子提供传输通道,有利于晶界电导率的提高。另外,一步溶胶-凝胶法制备的复合电解质制作的单电池,具有较高的开路电压和最大功率密度,在700℃时分别达到0.914 V和0.281 W/cm^2。

纳米Al_2O_3掺杂对Ce_(0.8)Y_(0.2)O_(2-δ)晶界离子电导的影响

研究了纳米A l2O3第2相掺杂对Ce0.8Y0.2O2-δ固体电解质晶界离子电导率的影响。结果发现,掺杂少量纳米A l2O3可降低固体电解质的晶界电导活化能,中低温下的晶界离子电导率显著上升。分析表明,掺杂第2相在晶界处的偏聚改善了晶界的离子导电通道结构,是导致晶界离子电导率上升的主要原因。

纳米晶(CeO_2)_(1-x)(BiO_(1.5))_x固溶体的水热合成与离子输运性质研究

在２４０℃水热体系中首次合成出系列纳米晶固溶体（ＣｅＯ２）１－ｘ（ＢｉＯ１．５）ｘ（ｘ＝０．０～０．５０）．产物采用Ｘ射线衍射，扫描电子显微镜和Ｘ射线光电子能谱仪进行表征．Ｂｉ２Ｏ３在ＣｅＯ２中的固溶限约为５０％．所有固溶体结晶属立方萤石结构，粒度范围为１０～１８ｎｍ．当Ｂｉ２Ｏ３掺杂量小于固溶限时，于８００℃烧结不会导致结构转变．而对于（ＣｅＯ２）０．５（ＢｉＯ１．５）０．５，于８００℃在空气中烧结将导致固溶限降低．Ｂｉ２Ｏ３含量低于固溶限时，固溶体只具有体电导，而（ＣｅＯ２）０．６（ＢｉＯ１．５）０．４的总电导可分为体电导和晶界电导．体电导为氧离子。

(Ce_(0.9)Nd_(0.1))_(1-x)Mo_xO_(2-δ)(0.00≤x≤0.10)的合成、表征与电性能(英文)

采用溶胶-凝胶法合成(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2-δ(x=0.00、0.02、0.05、0.10)氧化物,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能.结果表明:所有样品均为单一萤石立方结构;少量MoO3的加入提高了材料的致密性,降低了材料的总电阻、晶界电阻和晶界电阻在总电阻中所占比例,提高了材料的电导率.1200℃烧结样品24h,测试温度700℃时,(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2-δ(x=0.00)总电导率和晶界电导率分别为0.05和0.19S·m-1,掺Mo材料(Ce0.9Nd0.1)1-xMoxO2-δ(x=0.02)的总电导率和晶界电导率分别为2.42和3.96S·m-1.

掺杂MoO_3对Ce_(0.8)Nd_(0.2)O_(1.9)固体电解质结构与电性能的影响

采用溶胶凝胶方法将过渡金属氧化物MoO3加入到Ce0.8Nd0.2O1.9体系中,讨论MoO3的掺杂对微观结构及电性能的影响。通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱测试电性能。结果表明:烧结过程中MoO3在晶粒边缘形成液相,增加了晶粒间浸润性,晶粒间位置重排并接触,晶界滑移加快,促使材料致密化,晶界体积分数降低;总电导率和晶界电导率因晶界电阻减少而提高。600℃时,NDC的σt和σgb分别为6.42×10-3和2.03×10-2S·cm-1,加入MoO3后材料的σt提高约1.5倍,σgb提高约4倍。MoO3是NDC体系理想的烧结助剂。

Ce_(0.8)Nd_(0.2)O_(1.9)-La_(0.95)Sr_(0.05)Ga_(0.9)Mg_(0.1)O_(3-δ)固体复合电解质的结构和电性能

采用溶胶-凝胶法分别制备La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ(LSGM)和Ce0.8Nd0.2O1.9(NDC)电解质,并在NDC溶胶中加入0-15%(w,质量分数)的LSGM预烧粉体制得NDC-LSGM复合电解质,研究不同质量比复合电解质的结构和电性能.采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X能量色散谱仪(EDS)对样品进行结构表征,交流(AC)阻抗谱测试样品导电性能.结果表明:NDC-LSGM复合体系主要由立方萤石结构相、钙钛矿结构相和杂质相组成;LSGM的添加可促进晶粒的生长,产生大量相界面,清除或降低SiO2有害影响,明显提高晶界导电性;LSGM质量分数为10%的样品NL10具有最高晶界电导率和总电导率,400°C时NL10的晶界电导率σgb和总电导率σt分别为12.15×10-4和3.49×10-4S cm-1,与NDC的σgb(1.41×10-4S cm-1)和σt(1.20×10-4S cm-1)相比分别提高了7.62和1.91倍,总电导率的提高主要归因于晶界电导率的影响.