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《鋯酸鹽無機鹽復相質子導體的設計、制備和性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、中文摘要鋯基鈣鈦礦型高溫質子導體具有良好的化學穩(wěn)定性和較高的晶粒電導率，是固體氧化物燃料電池用電解質隔膜的重要候選材料。然而，燒結溫度高、總電導率偏低是其實用化面臨的最大障礙。本論文在詳細研究和對比釔摻雜鋯酸鍶和鋯酸鋇燒結性能和電化學性能的基礎上，采用ZnO為燒結助劑，大幅度降低了這類質子導體的燒結溫度，縮短了保溫時間，進一步以無機鹽為第二相添加劑，設計制備了具有新型微觀結構的鋯酸鋇／無機鹽復相質子導體，詳細研究了它們的燒結性能和電化學性能。采用高溫固相法制備了SrZrxYl《03．d(SZY)和BaZrxYl《03．d(BZY)@=0
2、．05，0．10，0．15)系列單相粉體，在燒結溫度為1600oC，保溫時間大于6h的條件下，得到密度為95％左右的質子導體。電性能測試表明，在固溶度范圍內，隨著Y203摻雜量的增加，SZY和BZY的質子導電性能提高。Y203摻雜量為lO％的SZYl0在800oC的直流電導率為1．2×10一S／cm，相對來說，同樣摻雜量的BZY材料的直流電導率較低，僅為5．32×104S／cm?；罨芊治霰砻鳎琒ZY比BZY具有更高的直流電導活化能，這主要與SZY晶格結構的正交畸變有關。ZnO是SZYl0(SrZr09Yo102．95)和BZYl0(B
3、aZr09Yo102
4、95)的有效燒結助劑。研究表明，適量的ZnO(<5m01％)可以大幅度降低兩者的燒結溫度達250oC以上，保溫時間可以縮短到4h。ZnO主要以固溶取代的形式存在于SZYl0和BZYl0晶格中，其在晶格中固溶使晶格缺陷增加是主要的促燒機理。在電性能方面，ZnO對SZYIonBZYl0導電性能的影響不同。在BZYlO中，材料的直流電導率隨著ZnO添加量的增加單調下降；在SZYl0中，材料的直流電導率先隨ZnO的添加量增加而增加，當添加量超過5m01％以后，電導率出現(xiàn)大幅下降。電動勢測試結果表明，添N5m01％以下ZnO
5、不會顯著改變SZYloguBZYl0的質子導電特性，離子傳導系數(shù)在0．85以上。但是，當ZnO在SZYl0中的添加量達到6moi％時，材料的離子傳導系數(shù)急劇下降。重點從缺陷化學角度對ZnO在SZYl0和BZYl0中的不同影響進行了討論。在1320-1350。C／4h的燒結條件下，制備了符合預期設想結構的系列BaZro9Yo．102．9s／無機鹽(硫酸鹽、碳酸鹽和氫氧化鈉)復相質子導體，重點研究了BaZro9Yo．1029s／Na2S04復相質子導體的燒結性能、微觀結構和電性能等。研究結果表明，BaZro9Y0102．95／Na2S04復
6、相材料以BaZr03的等軸晶粒為主晶相，Na2S04主要分布于晶界處。對比單相材料BaZro9Yo10295，復相材料的直流電導率提高了一個數(shù)量級以上，接近10～S／cm，離子傳導系數(shù)在0．9以上，是純質子導體。BaZro．gYo102．95／Na2S04復相材料具有不同于單相材料的導電機理，這是硫酸鈉在晶界處的分布造成的。燒結溫度、保溫時間、ZnO含量以及第二相無機鹽類型是影響B(tài)aZro．9Yo102．95／無機鹽復相質子導體電性能的關鍵因素。選擇較低的燒結溫度和較短的保溫時間，可以避免無機鹽在體系中的揮發(fā)，得到具有較高電導率的復相質
7、子導體。在滿足燒結性能要求的基礎上，應該盡量減d、ZnO的添加量，以避免其對體系導電性能的不良影響。實驗所涉及的幾種無機鹽與氫氧化鈉都對主晶相的直流電導率產生影響，按照對直流電導率提高幅度從大Nd,的順序為：硫酸鹽>碳酸鹽>氫氧化鈉。關鍵詞：Y摻雜BaZr03，Y摻雜SrZr03，高溫質子導體，直流電導率，助燒劑，ZnO，BaZro9Yo10295／無機鹽復相質子導體ABSTRACTProtonicconductorofY-dopedzirconatesexhibitsgoodchemicalstabilityandhighbulkco
8、nductivity．However,itslowgrainboundaryconductivityandhighrefractorynature，hencealowtotalconductivityandhighsinteringtemperature，remainthemainobstaclesinitshigh—drainapplicationsaselectroiytesofsolidstatefuelcells(SOFC)．Inthisstudy，weinvestigatedthesinteringbehaviorsandDC
9、electricalconductivitiesofY203dopedSrZr03andBaZr03．TheinfluencesofsinteringadditiveZnOonthepropertiesof
