Mg掺杂Mn1.5Cr1.5O4固体氧化物燃料电池阴极材料的性能研究

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)阴极材料的高稳定性、高催化性能是其获得商业化应用的前提。尖晶石氧化物具有良好的稳定性与兼容性,这使得其成为最具发展潜力的SOFC阴极材料之一。本文通过Mg掺杂对尖晶石氧化物Mn_1.5Cr_1.5O₄阴极材料进行改性处理,研究了Mg掺杂量对Mn_1.5Cr_1.5-xMg_xO₄(x=0,0.075,0.150,0.225)阴极材料微观结构、物相组成、电导率、热膨胀系数及其作为对称电池阴极时电化学性能等方面的影响。结果表明,当Mg掺杂量x为0.150时,Mn_1.5Cr_1.35Mg_0.15O₄具有最大的电导率和最小的极化阻抗,在800℃下分别可达0.168 S/cm和1.84Ω·cm²,表明适量的Mg掺杂不仅提高了Mn_1.5Cr_1....     

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ-Ag复合阴极材料的性能研究

为发展中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料,用柠檬酸络合法合成了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)粉体,并在BSCF中加入一定量的金属Ag作为SOFC的阴极材料.高温电阻测试表明复合阴极材料(BSCF-Ag)比纯BSCF材料具有较高的电导率.同时用交流阻抗法研究了BSCF-Ag复合阴极材料的性能,实验结果表明BSCF-Ag复合阴极材料的极化电阻明显小于纯BSCF,在750℃BSCF的极化电阻为0.41Ω.cm2,而BSCF-Ag的电阻仅为0.12Ω.cm2,约为BSCF的1/4.这标志着参杂Ag的BSCF阴极材料的性能明显优于纯BSCF材料.     

中温固体氧化物燃料电池PrBa0.5Sr0.5Co2O5+δ-Ce0.9Gd0.1O1.95复合阴极的性能研究

采用固相法制备PrBa0.5Sr0.5Co2O5+δ(PBSC)中温固体氧化物燃料电池阴极材料.研究结果表明:PrBa0.5Sr0.5Co2O5+δ为正交钙钛矿结构.交流阻抗谱的测试结果表明,PBSC-40%GDC电极在800℃时的极化电阻为0.039Ω.cm2.以电解质为支撑体的单电池在800℃时的功率密度达到645 mW.cm-2.     

Ba0．5Sr0．5Co0．2Fe0．8O3—δ阴极材料制备与性能表征

采用凝胶浇注法（gelcasting）合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ba0.5Sr0．5Co0．2Fe0．8O3-δ粉体。对BSCF粉末和烧结体的性能进行了测试分析。结果表明,制备的试样为单一钙钛矿相,其颗粒尺寸均匀,BSCF阴极材料的电导率随测试温度的升高而降低,其中Ba0．5Sr0．5Co0.2Fe0．8O3-δ在500℃电导率为25．4S／cm。Ba0.5Sr0．5Co0.2Fe0．8O3-δ与SDC的界面阻抗在800℃为0．20Ωm2。     

双掺杂钙钛矿型复合氧化物La0.7Sr0.3Co1-xMxO3的电性能研究

以开发新型激光器阴极材料和固体氧化物燃料电池阴极材料为目的,合成一系列钙钛矿型复合氧化物La0.7Sr0.3Co1-xMxO3(M过渡族金属元素),并对Co位掺杂过渡族元素后样品的高温电阻率和热电动势进行研究,发现Co位掺杂不同元素显著影响材料的电导率和导电类型,并对其相应的物理机制进行探讨.     

新型电解质材料La1.94Sr0.06Mo2O9-δ的制备与性能

氧离子导体La2Mo2O9在580℃左右存在低温α相向高温β相的结构相变,这是影响其成为固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质材料的关键因素.采用以EDTA为主要络合剂的溶胶-凝胶法合成电解质材料La1.94Sr0.06Mo2O9-δ粉体,利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)分别观察样品的微观结构和表面形貌,用热膨胀仪分析样品的热学性质,通过电导率的测量分析样品电学性质,并和传统固相法制得的同掺杂量的样品进行比较,结果表明溶胶-凝胶法制得的样品在600℃烧结8 h便可形成高电导率的高温立方相,成相温度有所降低,并且可以稳定到室温;同时晶粒尺寸明显减小,平均晶粒尺寸在500 nm左右,低温电导率有了很大的提高,550℃时σ=0.006 S/cm,中温800℃时σ=0.12 S/cm.既有效地抑制La2Mo2O9的结构相变,又提高该氧离子导体的中低温离子电导率,可以降低电池的操作温度.     

Ce0.8Y0.2-xMgxO2-δ电解质材料的制备及其性能

以金属硝酸盐Ce(NO₃)₃、Y(NO₃)₃、Mg(NO₃)₂为原料,采用溶胶-凝胶法制备系列电解质材料Ce_0.8Y_0.2-xMg_xO_2-δ(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1),并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱(EIS)等手段对样品进行测试表征.结果表明,电解质材料经600℃煅烧3 h后形成立方萤石结构,并具有较高的烧结活性.压制成片的电解质在1 550℃下烧结仍为立方萤石结构,较为致密;电化学性能研究表明,800℃时电导率为0.039 S/cm, Ce_0.8Y_0.2-xMg_xO_2-δ电解质材料可以作为中温固体氧化物燃料电池的候选材料.     

梯度复合阴极LaBaCo_2O_(5+δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)的制备及电化学性能

采用机械混合法制备中温固体氧化物燃料电池梯度复合阴极材料LaBaCo2O5+δ-Ce0.8Sm0.2O1.9(LBCO-SDC)。通过X线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)分析、热膨胀法、交流阻抗谱法和循环伏安法分别对晶体结构、界面微观结构、热膨胀性及电化学性能进行表征。结果表明:LBCO阴极与SDC电解质之间具有良好的化学相容性;电解质SDC的添加有效地降低了阴极材料LBCO的热膨胀系数;双层梯度复合阴极比单层阴极表现出更小的比表面电阻以及极化过电位,显示出更好的电化学性能;在700℃时,双层梯度复合阴极的比表面电阻与LBCO阴极相比下降了约13.2%,极化过电位(电流密度为0.20 A/cm2)从51.0 mV下降到46.4 mV。     

双掺杂钙钛矿型复合氧化物La_(0.7)Sr_(0.3)Co_(1-x)M_xO_3的电性能研究

以开发新型激光器阴极材料和固体氧化物燃料电池阴极材料为目的 ,合成一系列钙钛矿型复合氧化物 La0 .7Sr0 .3 Co1- x Mx O3 ( M:过渡族金属元素 ) ,并对 Co位掺杂过渡族元素后样品的高温电阻率和热电动势进行研究 ,发现 Co位掺杂不同元素显著影响材料的电导率和导电类型 ,并对其相应的物理机制进行探讨 .     

电脱氧Nb2O5制取金属铌

以Nb2O5粉末烧结片为阴极,以石墨为阳极,在CaC12-NaCl熔盐电解质中对Nb2O5进行电脱氧,获得金属铌.对不同密度的Nb2O5粉末烧结阴极的制取以及烧结阴极密度对电脱氧Nb2O5的影响进行研究.结果表明,阴极片的烧结密度对Nb2O5在CaC12-NaCl熔盐中的电脱氧有着极其重要的影响,烧结密度越低,电解起始电流越大,并且在电脱氧过程中电流也越大;在相同电解时间内,阴极产物中残余氧化物化合价随阴极片密度的降低而降低;Nb2 O5粉末在8 MPa压力下成型,1 150℃下烧结8 h,所得的阴极片具有较好的电化学活性;在850℃下电解150 min,Nb2 O5可完全被还原;电脱氧反应速度会随电解时间的延长而逐渐减慢.实验结果表明,电脱氧是氧化物粉末颗粒与熔盐电解质接触、反应和电离的过程,Nb2O5的电脱氧过程是分步进行的,其中间产物是铌的一系列低价氧化物,即Nb5+→Nb4+→Nb2+→Nb.     

微波烧结Y2O3-ZrO2陶瓷的特异性

用微波和常规方法烧结了Y2O3掺杂量为2%(摩尔分数)的ZrO2陶瓷(2Y-TZP陶瓷).用X-射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观测了材料的相组成和显微结构,同时研究了材料的致密性和力学性能.结果表明尽管微波烧结的样品平均晶粒尺寸比临界晶粒尺寸大很多,但其四方相的含量却比常规烧结的样品多;微波烧结的2Y-TZP陶瓷抗弯强度较高.     

双掺杂Sm0.5Ca0.5Mn0.90Cr0.10O3的磁性与输运性质

高温固相法合成双掺杂钙钛矿型锰氧化物Sm0.5Ca0.5Mn0.90Cr0.10O3.材料的晶体结构具有良好的单相性,属典型O’类正交结构.零场和有场冷却条件下测得的磁化强度在冻结温度Tf以下不重合.在外加磁场的作用下,材料出现典型的金属-绝缘体(I-M)转变以及庞磁电阻(CMR)效应,而母体材料Sm0.5Ca0.5MnO3未出现I-M转变,并且在2K-350K的测量温区内呈半导体导电行为.稀土锰氧化物Sm0.5Ca0.5Mn0.90Cr0.10O3体系中存在多种复杂有趣的磁相互竞争机制,并导致其具有丰富的磁性及输运特性.     

中温SOFC阴极材料La0.7Sr0.3Co1-xCuxO3-δ的制备及性能

采用固相反应法制备了La_0.7Sr_0.3Co_1-xCu_xO_3-δ系列中温固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料粉体.对其进行晶体结构表征,高温电导率和热膨胀曲线测试,并选取其中性能较好的样品进行了单电池实验.结果表明,Cu的掺杂降低了（La,Sr）CoO La₃体系阴极材料的热膨胀系数,在x=0.05时电导率略高于未掺Cu的样品.以La_0.7Sr_0.3Co_0.95Cu _0.05O _3-δ为阴极、Ce_0.8Sm_0.2O_1.9为电解质组成的SOFC单电池,在850℃最大短路电流密度达511mA/cm²,最大输出功率密度约为0.106W/cm².     

Pr_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)复合阴极材料的性能

采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP)制备Pr_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)-xCe_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(PSC-xSDC,10%≤x≤40%)复合阴极材料,研究PSC-xSDC的电性能、电化学性能、热膨胀性能。结果表明:PSC、SDC之间的化学相容性良好。PSC-xSDC复合阴极材料的电导率在600～800℃中温范围内均远高于100 S/cm,PSC-xSDC中SDC最佳复合量为30%,1 000℃煅烧的PSC-30%SDC复合阴极材料与电解质接触良好,在750℃测得的界面极化电阻为0.054Ω·cm~2。PSC与SDC复合适当降低了阴极材料的热膨胀系数,PSC-30%SDC的热膨胀系数为16.77×10~(-6 ) K~(-1)。     

La2/3Sr1/3Mn1-xCoxO3(x=0,0.2,0.25)体系的热膨胀和电性能研究

制备了钙钛矿锰氧化物La2/3Sr1/3Mn1-xCoxO3(x=0,0.2,0,25)体系,研究该材料的热膨胀性能和电输运性质.研究发现,所有样品具有相近的热膨胀性能,200-800 ℃温区内的平均线热膨胀系数约为1.2×10-5K-1;x=0和x=0.2掺杂样品在高温下的电输运机制符合小极化子模型;x=0.25掺杂样品具有最高的电导率,在800℃时的电导率为100S/cm.     

微波烧结法制备Fe2O3掺杂0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷及性能

微波烧结是一种新型、高效的陶瓷烧结工艺,具有升温速度快、节能省时、改善微观结构、降低烧结温度等特点。本文采用微波烧结工艺制备了Fe2O3掺杂的0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.45Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(简写为0.55PNN-0.45PZT)压电陶瓷,烧结温度为1200℃、保温时间为2h。利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、阻抗分析仪及铁电分析仪等测试表征方法,研究了Fe2O3掺杂对陶瓷的结构、介电以及压电性能的影响。结果表明,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,随着Fe2O3掺杂量的增加,压电和介电性能呈先增加后减小趋势。当Fe2O3掺杂量为0.8%(质量分数)时,陶瓷达到最优电学性能:压电常数d33、平面机电耦合系数kp、相对介电常数εr和介电损耗tanδ分别为d33=520pC/N,kp=0.51,εr=4768,tanδ=0.026。     

SmBaCo_(2-x)Ni_xO_(5+δ)阴极材料的性能

采用甘氨酸-硝酸盐(GNP)法制备中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料SmBaCo_(2-x)Ni_xO_(5+δ)(SBCNO-x)(x=0、0.2、0.4、0.6和0.8),研究Ni元素的掺入对阴极物相组成、形貌、电性能、电化学性能和热膨胀性能的影响。结果表明:SBCNO-x最佳Ni掺量为x=0.2,煅烧温度为950℃,此时在750℃测得的界面极化电阻为0.221Ω·cm~2。掺杂Ni元素也适当降低了阴极材料的热膨胀系数。环境中的氧分压对于混合导体材料的电学性能有着较为显著的影响。     

掺杂Ce基Ce0.8SmxY0.2-xO1.9（0≤x≤0.2）电解质的电性能

采用固相反应法制备Ce0.8SmxY0.2-xO1.9Zn0.01(0≤x≤0.2)电解质试样。着重考察不同掺杂配比对材料整体导电性能的影响,另外ZnO对材料电性能的影响也进行了探讨。采用X线衍射(XRD)、Archimede排水法、热膨胀测量法和交流阻抗分析对试样的性能进行表征。结果表明:Sm和Y共掺杂能提高CeO2基电解质的电性能。其中1 550℃烧结的Ce0.8Sm0.18Y0.02O1.9在300～700℃具有最高的离子电导率。添加ZnO可以有效地降低烧结温度,在1 500℃所有试样均烧结致密。ZnO的加入可以提高材料的晶界电性能。     

Sr、Mg掺杂量对LaGaO3基电解质离子电导率的影响

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能量转换效率高和环境友好的新能源装置.采用固相反应法制备了8种具有钙钛矿结构的锶、镁掺杂的镓酸镧固体电解质材料,对其相结构、致密度和离子电导率进行了研究.结果表明,降低烧结升温速率有利于烧结产品的致密化,通过锶、镁掺杂有利于提高该材料的离子电导率;与使用8%mol氧化钇稳定的氧化锆(即8YSZ,其工作温度为1 000 ℃)相比,使用该材料作为SOFC电解质,降低了SOFC的工作温度.     

Y2Ba4CuBiOx掺杂对单畴YBCO块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)成功地将纳米Y2Ba4CuBiOx(YBi2411)引入了YBCO超导块材,研究了YBi2411掺杂量对单畴YBCO超导块材晶体生长形貌和磁悬浮力的影响.结果表明,YBi2411在YBCO超导块材中呈现出直径约100 nm～200 nm的纳米点状粒子和直径约100 nm～200nm,长约2μm的纳米棒状粒子.当YBi2411添加量x≤8 wt%时,样品均可长成完整的单畴YBCO超导块材,样品的磁悬浮力随着YBi2411掺杂量的增加而增大;当x≥8 wt%时,样品均可长成一定的单畴区,但随着YBi2411掺杂量的增加,YBCO超导块材的单畴区域逐渐减小,且随机成核现象越来越严重,同时磁悬浮力逐渐减小;当x=8 wt%时,样品磁悬浮力最大.在此基础上,结合超导材料的微观形貌,分析了YBi2411掺杂量对单畴YBCO超导块材磁悬浮力的影响.