过渡金属元素掺杂对Sm_(0.1)Ce_(0.8)Ca_(0.1)O_(1.9)电解质材料性能的影响

采用柠檬酸-硝酸盐燃烧法制备了Sm0.1Ce0.79Ca0.1M0.01O1.9(M=Fe、Co、Ni)及未掺杂的Sm0.1Ce0.8-Ca0.1O1.9电解质粉体,将干压成型后的素坯于设定温度下烧结得到电解质陶瓷片,利用XRD和SEM分别对样品的物相和微观结构进行了表征,得到一些可以参考的研究结果。结果表明,经700℃热处理3h后的粉体以及1250℃高温煅烧的陶瓷体,均呈现单一的立方萤石相结构。SEM显示,过渡金属掺杂的3个样品素坯经过1250℃烧结5h后已经致密,阿基米德排水法测定其相对密度均在95%以上,表明Fe、Co、Ni的掺杂对改善SDC基电解质材料的烧结活性有明显的作用,Fe、Ni元素的添加对材料的电导率无明显影响。

Ce_(0.8)Sm_(0.1)Nd_(0.1)O_(1.9)电解质材料的制备和性能研究

为了探查二元掺杂的CeO2基电解质的性能,采用柠檬酸-硝酸盐法制备了电解质粉体Nd0.1Sm0.1Ce0.8O1.9,对材料的致密性、电导率、输出性能等性能进行表征。结果显示,SNDC呈现单一的立方萤石相。当烧结温度升高到1350°C时,样品完全致密,电导率最大。SNDC样品的TEC平均值为13.7×10-6K-1。单电池Ni-SNDC|SNDC|SBCO-SNDC在650°C时开路电压为0.71 V,最大功率密度为372 m W/cm2,欧姆阻抗0.3Ω·cm2。

中温固体氧化物燃料电池SmBaCo_2O_(5＋δ)–Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极材料的电化学性能

采用柠檬酸–硝酸盐自蔓延燃烧法分别合成了双钙钛矿结构的SmBaCo2O5+δ(SBCO)阴极粉体和萤石型Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质粉体,按3:2的质量比混合上述粉体研磨后得到复合阴极。利用X射线衍射仪研究化学相容性,直流四端子法测量电导率,热膨胀仪测量热膨胀系数;构建阳极支撑型单电池(Ni-SDC|SDC|SBCO-SDC)并进行了性能测试,用扫描电子显微镜观察电池的断面微结构,交流阻抗谱记录界面极化。结果表明:SBCO与SDC在1 000℃无相互作用;450～800℃,复合阴极的电导率在369～234 S/cm之间;SDC的加入降低了复合阴极的热膨胀系数;单电池具有理想的微观结构,阳极|电解质|阴极各界面彼此接触良好,650℃时极化电阻仅为0.031.cm2;以H2为燃料气(含体积分数3%水蒸气),空气为氧化剂,650℃时电池的开路电压为0.77 V,输出功率最大值为640 mW/cm2。预示着SBCO-SDC是中温固体氧化物燃料电池有潜力的阴极材料。

中温固体氧化物燃料电池新型层状钙钛矿阴极材料Y_(0.8)Ca_(0.2)BaCo_2O_(5+δ)（英文）

研究了中温固体氧化物燃料电池的新型层状钙钛矿Y0．8Ca0．2BaCo2O5＋δ（YCBC）极材料。采用柠檬酸—硝酸盐自蔓延燃烧法合成了YCBC以及YBaCo2O5＋δ（YBC）粉体。X射线衍射结果表明：YCBC粉体在950℃空气中煅烧3h能够很好地成相，而YBC粉体需要1100℃。电导率测试结果表明：在整个测试温度350-800℃范围内，YCBC的电导率（435～506s／cm）明显比YBC的电导率（205～323S／cm）。使用电化学阻抗谱技术测试了对称电池YCBC／SDC／YCBC和阳极支撑的单电池YCBC／SDC／Ni—SDC的电化学性能。以H2为燃料气（含体积分数3％水蒸气），空气为氧化剂，650℃时单电池YCBC／SDC/Ni—SDC的最大输出功率为351mW／cm^2。目前研究表明YCBC是具有潜力的中温固体氧化物燃料电池阴极材料。

新型陶瓷连接材料(Pr_(0.5)Nd_(0.5))_(0.7)Ca_(0.3)CrO_(3-δ)-Sm_(0.1)Gd_(0.1)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与性能

采用络合燃烧法制备(Pr0.5Nd0.5)0.7Ca0.3CrO3-δ(PNCC)-Sm0.1Gd0.1Ce0.8O2-δ(SGDC)复合陶瓷连接材料。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对烧结体的物相和微观结构进行了表征,采用四端探针法测量电导率。结果表明:PNCC和SGDC在高温烧结时具有稳定的物相和良好的化学相容性,SGDC掺杂量为5%(质量分数)的样品,在1 400℃烧结5 h,相对密度高达97.1%;700℃时,烧结陶瓷体在空气和氢气气氛中的电导率分别为47 S/cm和4S/cm;室温至1000℃范围内,样品的热膨胀系数为10.4×10-6K-1,与中温电解质的热膨胀系数接近,说明SGDC掺杂的PNCC体系有望成为良好的中温固体氧化物燃料电池复合连接材料。

用于固体氧化物燃料电池的Zn掺杂BaZr0．7Pr0．1Y0．2O3-δ质子导体电解质的制备与性能

采用柠檬酸–硝酸盐燃烧法制备了质子导体固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质材料BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3–δ(BZPY)和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3–δ(BZPYZn)。研究了Zn掺杂对材料烧结、热膨胀系数和电性能的影响;利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品物相和微观结构进行了表征。结果表明:BZPYZn经1 100℃煅烧5h后呈单一的钙钛矿结构。随烧结温度的升高(从1 300℃到1400℃),BZPYZn陶瓷体的晶粒尺寸增大,而孔隙率减小;1350℃保温5h烧结的BZPYZn陶瓷样品的相对密度达到97.3%;500～800℃范围内,离子电导率介于10–3～10–2S/cm之间。室温至1 000℃范围内,样品的热膨胀系数为9.2×10–6/K,表明其与电极材料(Ni)的热匹配性好。预示BZPYZn有望成为良好的质子传导型中温SOFC电解质材料。