ZrO_2-8mol%Dy_2O_3固体电解质燃料电池性能

将强碱介质中用水热法合成的立方相ZrO2-8 mol%Dy2O3纳米晶在较低的温度(1400℃)下烧结,制得了导电性固体电解质陶瓷样品.以该陶瓷作为固体电解质,Pt作电极材料组成氢-空气燃料电池,测定了不同pH介质中水热反应产物纳米晶的陶瓷样品在800～1000 ℃下的燃料电池性能.结果表明,该系列陶瓷样品的燃料电池均具有稳定的放电性能,燃料电池的短路电流密度随着水热反应介质pH值的减小而增大.在该系列陶瓷中,水热反应介质pH=9.95的陶瓷样品的燃料电池性能最高,在1000℃下,其短路电流密度为320 mA/cm2.

8mol%Yb_2O_3掺杂的ZrO_2基固体电解质的电性能研究

研究了通过压坯烧结制备的8YbSZ(8mol%Yb_2O_3掺杂的ZrO_2)致密固体电解质的电导率。初始粉体的较高活性、各组分分布的均匀性以及Al_2O_3的加入,使得陶瓷的烧结在1400℃时几乎达到完全致密。随着烧结温度的进一步升高,离子电导率的变化不大,并且当烧结温度在1450℃和1550℃之间时达到最佳。8YbSZ烧结体具有较高的离子电导率,可以用作中温燃料电池的固体电解质材料。文中还对8YbSZ的老化进行了讨论。

制备工艺对(ZrO_2)_(0.90)(Y_2O_3)_(0.04)(CaO)_(0.06)电解质材料电性能的影响

目前ZrO2 基三元系材料的研究是固体电解质材料领域的一个热点。在关于ZrO2 Y2 O3 CaO系统电解质材料电性能研究的前期工作的基础上 ,探讨了不同的制备工艺对 (ZrO2 ) 0 .90 (Y2 O3) 0 .0 4 (CaO) 0 .0 6材料的电导率的影响问题 ,发现 :对于常规烧结的试样 ,其电导率随相对密度的提高而增大 ;与常规烧结相比 ,微波烧结能使材料具有更均匀的微观结构 ,更小的晶粒平均尺寸。较小的晶粒尺寸导致的较为显著的晶界效应是微波烧结试样的电导率有所降低的主要原因。由于微波烧结可以改善材料的力学性能 ,因此认为微波烧结是制备ZrO2 Y2 O3

(ZrO_2)_(0.92)(Gd_2O_3)_(0.08)固体电解质的水热法合成及其燃料电池性能

用新制备的(Zr,Gd)(OH)x·yH2O共沉淀作前驱体,在强碱性介质中水热合成了立方相(ZrO2)0 92(Gd2O3)0 08纳米晶.(ZrO2)0 92(Gd2O3)0 08纳米晶在较低的温度(1450℃)下烧结,制得了致密的固体电解质陶瓷样品,与通常的高温固相合成方法相比,烧结温度降低了150℃以上.本文还测定了水热反应介质pH值分别为13,11,9的陶瓷样品800℃～1000℃下的燃料电池性能.结果表明,该系列样品的燃料电池匀具有稳定的放电性能,在这一系列中又以用水热反应介质pH=9的陶瓷样品组成的燃料电池的性能最高,在1000℃下,其短路电流密度为240mA·cm-2.

纳米ZnO掺杂对ZrO_2(8mol%Y_2O_3稳定)电性能的影响研究

采用纳米粉料 ,在单轴成型 ,无压烧结条件下 ,用交流阻抗谱技术对掺不同质量百分比ZnO的ZrO2 (8mol%Y2 O3稳定 )烧结体的电性能进行了研究。研究发现ZnO掺杂对ZrO2 (8mol%Y2 O3稳定 )的离子导电性能具有优化作用。

等离子喷涂用Y_2O_3稳定ZrO_2空心球形粉末制备技术及涂层性能的研究现状

原始粉末是影响等离子喷涂热障涂层组织结构和性能的主要因素之一。Y_2O_3稳定ZrO_2(Yttria stabilized zirconia,YSZ)空心球形粉末综合了熔融破碎粉末的预合金化效果好和团聚烧结粉末的流动性好的优点。采用该粉末制备的YSZ热障涂层的隔热性能、抗热震性能以及抗烧结性能等均显著提高,是目前综合性能最为优异的热障涂层之一。结合国内外研究情况,文章主要介绍了喷雾干燥法、等离子球化法以及模板法制备等离子喷涂用YSZ空心球形粉末的原理和优缺点;同时,对等离子喷涂过程中YSZ空心球形粉末熔滴的飞行特性、铺展凝固行为以及YSZ空心球形粉末制备涂层组织结构及性能的研究进行了概述;最后,指出了目前研究中存在的问题并对其未来的研究方向进行了展望。

含FeO熔渣对ZrO_2固体电解质侵蚀性研究

采用热力学计算软件FactSage中的Equilib平衡计算模块,模拟研究静态条件下SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO五元渣系对ZrO2材质的侵蚀特性。利用MgO稳定的ZrO2固体电解质管与碳饱和铁液以及酸性渣构建可控氧流电池,分别进行电池在开路条件与外加电势条件下的侵蚀实验,并通过SEM、EDS分析检测,讨论酸性渣可控氧流电解时ZrSiO4新相的形成机理以及对固体电解质导电性能的影响。结果表明,ZrO2的侵蚀程度随温度的升高和渣中FeO含量的增加而增加;在低碱度和高碱度条件下,熔渣与氧化锆之间分别会有ZrSiO4和CaZrO3生成;相对于静态以及开路条件,外加电势电解条件下酸性熔渣与氧化锆之间易形成新相层,从而显著增大电池内阻,阻碍氧离子迁移,但也能减轻或阻碍熔渣对ZrO2固体电解质的渗透侵蚀;可控氧流电解时酸性渣中初始FeO含量最好低于20%,碱度R最好在0.23～0.80之间。

Y_2O_3稳定ZrO_2结构的EXAFS研究

采用EXAFS分析方法研究了较大组成范围内Y_2O_3稳定ZrO_2多晶粉末中Zr^(4+)、Y^(3+)两种离子的近邻结构,得到了Zr-O、Y-O平均间距。进一步确证,Y_2O_3-ZrO_2体系完全稳定的立方相中,Y^(3+)置换了Zr^(4+)并伴随氧空位的产生。发现亚稳定的四方相中,Zr^(4+)、Y^(3+)两种离子的近邻结构与其在单斜相及立方相中有很大差别。

热处理对热障涂层材料Y_2O_3部分稳定ZrO_2性能的影响

热障涂层用于燃气轮机的热端部件,可以显著提高其使用温度,延长热端部件的使用寿命,并增大燃气轮机发动机的效率.利用Y2O3和ZrO2为原料,通过固相合成法合成了Y2O3（w（Y2O3）=6%~8%）部分稳定的ZrO2（Y-PSZ）热障涂层陶瓷顶层,并对此陶瓷顶层的微观形貌、相组成进行了研究.同时研究了热处理对热障涂层材料Y-PSZ性能的影响.

ZrO_2基固体氧离子导体的Y_2O_3、Gd_2O_3复合掺杂

在纳米Y2O3稳定ZrO2粉中,加入不同摩尔分数(0.0-10%)的纳米Gd2O3粉进行复合掺杂。当Y2O3和Gd2O3与ZrO2的摩尔比之和小于8%时,烧结样品为四方相或四方/立方混合相;超过8%,完全为立方相。复合掺杂Y2O3和Gd2O3的ZrO2固体氧离子导体的电导率优于单独由Y2O3稳定的ZrO2固体氧离子导体。当Y2O3和Gd2O3与ZrO2的摩尔比之和为8%-9%时,样品电导率有最大值。在1000℃时,掺3.0%Y2O3和5.0%Gd2O3的1300℃烧样品的电导率为5.1×10-2Scm-1.

纳米(ZnO,Al_2O_3)复合掺杂对3Y_2O_3-ZrO_2材料电性能的影响

以 3Y2 O3-ZrO2 纳米粉和ZnO ,Al2 O3纳米粉为原料 ,采用交流阻抗谱技术对掺少量ZnO和Al2 O3的 3Y2 O3-ZrO2 烧结陶瓷进行电性能研究。研究表明 :少量纳米ZnO掺杂降低了 3Y2 O3-ZrO2 的电导率 ,但随着掺入量的增加 ,电导率开始回升。在ZnO掺杂样品中加入少量纳米Al2 O3进行复合第二相掺杂 ,结果提高了3Y2 O3-ZrO2 材料的电导率。同时少量Al2 O3的掺入降低了晶粒电导活化能 。

ZrO_2-10% Dy_2O_3纳米晶的碱性水热法合成及其烧结体的电性能研究

以湿化学法制得Zr(OH)4和Dy(OH)3的共沉淀为前驱体, 在碱性介质(pH=7.60～13.89)中用水热法合成了ZrO2-10% Dy2O3(摩尔分数)立方相纳米晶. 研究发现, 纳米晶粒径随着反应介质pH值的增大而增大;同时纳米晶粒径随着水热反应介质温度的升高而增大. 将ZrO2-10% Dy2O3纳米晶在1400 ℃下烧结制得了致密的固体电解质陶瓷样品, 比通常高温固相反应法采用的烧结温度(＞1550 ℃)降低了150 ℃以上. 还用交流阻抗谱法及氧浓差电池法研究了ZrO2-10% Dy2O3陶瓷样品在600～1000 ℃下的离子导电特性. 结果表明, 该陶瓷样品在600～1000 ℃下氧离子迁移数为1, 氧离子电导率的最大值为2.2×10-2 S·cm-1, 是一个优良的氧离子导体.

掺杂Y_2O_3对ZrO_2粉末相变的影响

采用化学沉淀法制备了ZrO2和Y2O3-ZrO2两种粉末,在不同温度下进行了热处理,通过X射线衍射分析,表明Y2O3作为一种稳定剂,对ZrO2由t→m的相变具有抑制作用,降低了相变温度,并能抑制ZrO2晶粒生长.

ZrO_2-8mol%Dy_2O_3纳米晶的碱性水热法合成及其烧结体的电性能研究

以湿化学法制得Zr(OH)4和Dy(OH)3的共沉淀为前驱体,在碱性介质(pH=9.95～13.28)中用水热法合成了ZrO2-8mol%Dy2O3立方相纳米晶.研究发现,纳米晶粒径随着反应介质pH值的增大而增大.将该纳米晶在较低温度(1 400℃)下烧结制得了致密的陶瓷样品,比通常高温固相反应法采用的烧结温度(＞1550℃)降低了150℃以上.本研究还测定了陶瓷样品600℃～1 000℃下的氧浓差电池电动势及氧泵(氧的电化学透过装置)性能.结果表明,陶瓷样品在高于900℃时的氧离子迁移数为1,具有优良的氧离子导电性能.

利用固体电解质在CaCl2熔盐中电解固态SiO2制备Si

通过对固态SiO2的理论分解电压进行计算,比较分析了惰性阳极和炭阳极条件下SiO2电解还原的特点。利用ZrO2(Y2O3)固体电解质管集成构建以Pt,O2(Ar)|ZrO2(Y2O3)为参比电极的三电极电解池,研究了惰性阳极条件下在CaCl2熔盐中电解固态SiO2阴极绿色制备Si的可行性。理论计算结果表明,SiO2在惰性阳极条件下进行电解还原相比使用炭阳极时难度较大,降低气相中的氧分压有利于SiO2的电解还原。实验结果表明,在惰性阳极条件下借助三电极电解池电解SiO2可以成功制备Si,相应电解过程可用三相界线反应机制进行解释。

LB膜法制备Y_2O_3掺杂的CeO_2超薄陶瓷膜的X光电子能谱(XPS)研究

利用LB膜技术发展了一种制备组分可控的超薄陶瓷膜的方法。以Ce,Y的 β 二酮络合物作为表面离子 ,替代传统的亚相离子 ,制得混合LB膜。并将它作为前驱物成功制得了Y2 O3 掺杂的CeO2 (YDC)超薄膜。XPS谱表明 。

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。

YSZ固体电解质在高温高压水热体系中的应用

高温高压水热体系在自然界和工业生产中广泛存在,原位获得水热体系的p H值、H2逸度和H2S逸度值具有重要意义。Y2O3稳定的Zr O2(YSZ)固体电解质因在高温下具有较高的氧离子导电性,已经在高温高压水热体系中得到了普遍的应用。介绍了YSZ固体电解质的结构与离子导电性,分别对基于YSZ的上述3种传感器的测量原理及其应用现状进行了说明,同时指出了YSZ在使用过程中存在的问题。随着材料合成制备技术的发展,YSZ的使用领域将会不断扩大。

两种8YSZ作为SOFC电解质的比较

从粒径分布、电导率、活化能、致密性及制备的模拟电池的放电性能等方面，对8mol％Y2O3稳定的ZrO2（8YSZ）（TOSOH8YSZ和JC8YSZ）作为固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质进行了比较。结果表明：TOSOH8YSZ的平均粒径比JC8YSZ小1．20μm；TOSOH子8YSZ在1500℃下烧结的活化能比JC8YSZ低2．68kJ／mol，在800℃时的电导率高0．0032S／cm。以TOSOH8YSZ为电解质的模拟电池，在800℃时的最大功率密度比JC8YSZ为电解质的高45．45％。SEM测试表明．在1450～1500℃下烧结制备的TOSOH8YSZ的电解质膜更致密．

YSZ传导膜H_2S固体氧化物燃料电池

研究了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池性能。掺杂NiS、电解质、Ag粉和淀粉制备了双金属复合MoS2阳极催化剂,掺杂电解质、Ag粉和淀粉制备了复合NiO阴极催化剂,用扫描电镜对YSZ和膜电极组装(MEA)进行了表征,比较了不同电极催化剂的性能和极化过程,考察了不同温度对电池性能的影响。结果表明,双金属复合MoS2/NiS阳极催化剂在H2S环境下比Pt和单金属MoS2催化剂稳定,复合NiO阴极催化剂比Pt性能好,在电极催化剂中加入Ag可显著提高电极的导电性;与Pt电极相比,复合MoS2阳极和复合NiO阴极催化剂的过电位较小,阳极的极化比阴极侧小;温度升高,电池的电流密度与功率密度增加,电化学性能变好。在750℃、800℃、850℃和900℃及101.13 kPa时,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/YSZ氧离子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池最大功率密度分别为30 mW/cm2、70 mW/cm2、155 mW/cm2及295 mW/cm2、最大电流密度分别为120 mA/cm2、240 mA/cm2、560 mA/cm2和890 mA/cm2。