ZrO_2基固体电解质氧传感器的研究现状及发展趋势

近年来,由于ZrO2基固体电解质氧传感器具有高的测氧灵敏度和在高温下的化学稳定性,因而在节约能源、环境保护等方面得到了广泛的应用。该文首先介绍了ZrO2基固体电解质氧传感器的测氧原理,然后阐述了ZrO2基固体电解质氧传感器的研究现状;重点介绍了氧传感器导电理论,及在高温和低温条件下工作的氧传感器研究状况和氧传感器的应用研究,并对氧传感器未来的发展进行了分析和展望,指出为了获得高性能的氧传感器应重点发展纳米材料氧传感器。

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。

ZrO_2固体电解质用于铝电解的初步研究

本文对YSZ型析氧阳极应用于铝电解进行了初步研究,讨论了导电引出方式,密封性以及均匀电场对电解体系的影响,并且对YSZ型析氧阳极的可行性进行了验证。结果表明:YSZ型析氧阳极用于铝电解是可行的;使用镍铬丝和纳米级La0.7Sr0.3MnO3粉末的导电引出方式是合理的;密封性以及均匀电场对电解体系的稳定性十分重要。

ZrO_2基固体电解质的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是目前国际上燃料电池领域的研究热点,电解质是SOFC中最关键的元件,提高ZrO2基固体电解质的电导率是SOFC研究的核心的问题之一。从热力学、动力学、理论模型等方面综述了近年来ZrO2基电解质的研究进展,并对实现ZrO2基固体电解质电导率的提高提出了解决问题的路线。

新型铝电解阳极-ZrO_2固体电解质阳极的研究概述

介绍了新型铝电解阳极-ZrO2固体电解质阳极在国内外的研究情况,并对其工作原理和优点作了简要阐述。

Y_2O_3稳定ZrO_2材料的电导活化能

在313～473K温度范围内测定了一种Y2O3稳定ZrO2材料（YSZ）的交流电导率谱,进而导出了材料的直流电导率并分析了其随温度的变化关系.研究发现:在低温下材料的电导活化能随温度的升高而增大.这一实验现象与在高温下所观察到的活化能随温度升高而降低的规律截然相反.通过分析材料中氧空位的解缔及迁移机制,对YSZ材料中电导活化能随温度的变化关系作出了一个合理的解释.

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。

氧化锆基固体电解质价电子结构研究

应用固体与分子经验电子理论(EET理论)计算了不同Y2O3掺杂量的ZrO2基固体电解质材料价电子结构,探讨了成分、价电子结构与离子电导率间的关系,得到了与实验规律一致的结果。提出了可用复合参量P来预测离子电导率,为从理论上预测具有高离子导电性的YSZ材料成分提供依据。

传感器电解质材料热膨胀性能和热稳定性变化规律研究

以ZrO2固体电解质材料为例,研究氧传感器电解质材料原子振动特点和热膨胀系数及其热稳定性随温度和时间的变化规律,探讨原子非简谐振动的影响.结果表明:原子振动的频率、阻尼系数,在简谐近似下为常数,在考虑到非简谐效应后随温度升高而增大;原子平均位移和热膨胀系数在简谐近似下为零,在考虑到非简谐效应后随温度升高而增大,随时间的增长而减小;热膨胀性能稳定性温度系数随温度的升高而减小,随时间的增长而增大,即使用时间越长,材料的热膨胀性能稳定性越低;温度越高,热膨胀性能越稳定;非简谐情况下的原子振动的频率、阻尼系数和热膨胀系数与简谐近似下的差值随温度的升高而增大,即温度越高,非简谐效应越显著.

低温型固体氧化物燃料电池电解质的研究进展

本文主要对固体氧化物燃料电池及ZrO2基电解质、CeO2基电解质的研究和发展情况进行了概述,并对SOFCs的成型工艺电解质薄膜和电解质粉体的制备进行了描述。最后对中低温电解质材料的发展趋势进行了展望。

Sc_2O_3对ZrO_2电解质烧结和电导率的影响研究

ZrO基电解质由于导电性良好、机械性能高而备受在注,目前广泛使用的YSZ电解质使用温度高,电导率偏低,Sc^(3+)与Zr^(4+)的半径最为相近,用其掺杂能提高ZrO_2基电解质电导率。研究了Sc^(3+)掺杂量为5%~10%mol的ZrO_2基电解质的物相、烧结性能和电导率,结果发现,当Sc^(3+)的掺杂量低于8%时,ZrO_2以大量单斜相和少量四方相存在,Sc^(3+)的掺杂量为8%时,ZrO_2以少量的单斜相和四方相存在,当Sc^(3+)的掺杂量为9%或10%时,ZrO_2全部以四方相存在。增加ZrO_2电解质的Sc^(3+)掺杂量可以降低ZrO_2电解质的烧结温度,当掺杂量为9%或10%时1550℃可以烧结致密,掺杂量为8%时1600℃下才能烧结致密。随Sc^(3+)掺杂量的增加ZrO_2电解质的电导率增大,同样烧结和测试条件下,ScSZ电解质电导率是YSZ电解质电导率的2.7~3.2倍。

基于阻抗模型解析的氧化锆固体电解质组织结构演变模型

晶界对多元多晶电解质材料电导率的影响,已成为制约高温固体电解质材料发展的瓶颈.传统的晶界观察方法难以将高温下材料的组织结构与电导性能相对应.鉴于此,本文研究了部分稳定氧化锆(PSZ)固体电解质材料的变温交流阻抗特性,并对交流阻抗谱进行了拟合分析,发现等效拟合电路随温度的上升而发生变化.通过对不同等效电路模型的物理解析,得出PSZ电解质材料显微结构在高温下的演变模型.经进一步分析,演绎出一种‘短程有序,的‘晶界桥接'组织模型,为改善PSZ电解质材料的晶界电导提供了参考.