CeO2基氧離子導電復合材料的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFCs)是一種將燃料的化學能轉化成電能的電化學電池。其中，電解質材料對降低SOFCs的工作溫度和提高SOFCs的工作效率起到關鍵的作用。本文以立方螢石結構的釤摻雜氧化鈰(Ce0.8Sm0.2O1.9，SDC)和鈣鈦礦結構的鍶、鎂共摻雜鎵酸鑭(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85，LSGM)為研究對象，采用共沉淀方法制備電解質材料，研究摻雜和復合等技術對氧

2、離子導電性的影響特征，并分析了相關導電機理。工作主要包含以下內容:
　　 (1)采用共沉淀方法分別制備SDC和LSGM單相電解質材料。以XRD和交流阻抗等分析測試手段對電解質材料的相組成和性能進行表征。結果表明:采用化學共沉淀方法，可以制備出高純度的單相SDC和LSGM粉體。用傳統(tǒng)的燒結工藝在1450℃下燒結出了離子電導率較高的塊體材料。其中，SDC和LSGM在700℃下的電導率為分別為1.01×10-2 S/cm和1.76×1

3、0-2 S/cm。
　　 (2)采用共沉淀合成方法、兩步工藝制備SDC-LSGM復合電解質，并研究LSGM含量對復合電解質材料的導電特性的影響。通過XRD分析得出，復合電解質材料的主相為螢石結構的CeO2相，第二相為鈣鈦礦結構的LaGa03，同時存在少量雜質相LaSrGa3O7。在所有測試溫度范圍內，復合樣品對應晶界效應的交流阻抗曲線比單相SDC更小。其中，10 wt％LSGM含量的樣品具有最高的離子電導率，700℃時達到3.4

4、×10-2 S/cm，是單相SDC和LSGM的2倍以上。研究得出，兩相復合是提高電解質電導率的有效方法。交流阻抗數(shù)據分析表明，晶界電導率的提高是復合樣品導電性提高的主要原因。
　　 (3)研究SDC-LSGM復合材料LSGM相中La2O3的適當過量對復合材料導電性能的影響。在本實驗的研究體系中，La2O3原料過量3 wt％的樣品具有最高的離子電導率，700℃時復合材料的離子導電性達到9.6×10-2 S/cm，比單相SDC提高了

5、近一個數(shù)量級。研究得出，材料復合引起的界面結構特征變化是增強材料導電性的重要因素。
　　 (4)研究熱壓燒結工藝對SDC-LSGM復合材料導電性能的影響。對比熱壓燒結和常規(guī)燒結SDC陶瓷的電導率發(fā)現(xiàn):前者低溫電導率比后者更高，并且電導率差值隨著溫度降低逐漸提高，200℃時兩者的電導率差值達1個數(shù)量級以上。熱壓復合樣品的電導率相比傳統(tǒng)復合樣品的電導率也有一定程度提升。700℃時，電性能最好的含15％LSGM的熱壓復合陶瓷的電導率達