高稳定性质子传导固体电解质的制备及应用

发布时间：2017-09-30 18:03

  本文关键词：高稳定性质子传导固体电解质的制备及应用

  更多相关文章： 质子导体 BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 化学稳定性 电导率 核壳结构

【摘要】：随着全球经济模式的转型,对于环保且可再生的氢能源的开发与利用变得极为重要,而质子导体在这方面发挥着重要作用。掺杂的BaCe O3在高温下有良好的质子导电性,但在稳定性方面的缺陷,严重了限制了它的工业化应用,因此,在不影响导电性的前提下,最大限度地提高它的稳定性,具有重大的意义。采用高温固相反应法,制备了添加Zn O烧结助剂的Ba Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ)(BCY10)和Br掺杂的Ba Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ),采用溶胶-凝胶法制备了具有核壳结构的Ba Ce0.8Y0.2O3-δ-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BCY20-BZPY20)。通过XRD、SEM、交流阻抗等分析测试技术对材料的物相组成、微观形貌、导电性能进行了表征。同时测定了材料在CO2和沸水中的稳定性。最后将材料应用于阻抗型氢气传感器上,研究其对氢气的敏感性能。ZnO烧结助剂的添加极大地改善了BCY10的烧结性能,烧结助剂的加入形式对BCY10的性能有所影响,其中添加Zn(NO3)2的BCY10(BCYZn2)具有更致密的结构。稳定性测试结果表明,烧结助剂的添加对BCY10在CO2气氛下的稳定性有所提高,而对其在沸水中的稳定性影响不明显。经过1300℃烧结,制得了结构致密的BCY20-BZPY20核壳材料。由于BZPY20的添加导致电导率有所下降,但随添加量的增加,材料在CO2和沸水中的稳定性增强,因此,BZPY20对BCY20的包裹极大地提高了BCY20的稳定性。不同含量的Br掺杂的BCY10,均已形成完好且纯净的相。但Br的掺杂却对材料的烧结起到了阻碍作用,随着Br含量的增加,材料内部的气孔逐渐增多,电导率也有所降低。稳定性测试结果表明,Br的掺入提高了BCY10在CO2中的稳定性。经过传感器敏感性能测试,发现在一定氢气浓度氛围内,传感器的界面反应阻抗随氢气浓度的增大而减小,具有较好的敏感性。
【关键词】：质子导体 BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 化学稳定性 电导率 核壳结构
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 文献综述10-21
• 1.1 钙钛矿质子导体10-12
• 1.1.1 BaCeO_3系列材料10-11
• 1.1.2 BaZrO_3系列质子导体11-12
• 1.2 高温质子导体的结构12-13
• 1.3 钙钛矿材料的稳定性13-15
• 1.4 高温质子导体的制备方法15-17
• 1.4.1 高温固相法15-16
• 1.4.2 溶胶-凝胶法16-17
• 1.4.3 共沉淀法17
• 1.5 高温质子导体烧结助剂17-19
• 1.6 质子导体在传感器方面的应用19-20
• 1.7 论文研究内容20-21
• 第2章 研究内容与方案21-27
• 2.1 研究目标21
• 2.2 研究内容21-22
• 2.2.1 质子导体的制备与性能21-22
• 2.2.2 材料稳定性测试22
• 2.2.3 氢气敏感性测试22
• 2.3 创新点22
• 2.4 技术路线22-23
• 2.5 药品及仪器23-24
• 2.6 研究方案24-27
• 2.6.1 固体电解质的制备24-25
• 2.6.2 固体电解质的性能25-27
• 第3章 ZnO烧结助剂对BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3?δ) 的影响27-37
• 3.1 实验部分27
• 3.2 结果与讨论27-35
• 3.2.1 体积密度及致密性分析27-28
• 3.2.2 BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 的相组成分析28-29
• 3.2.3 BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 的微观结构表征29-30
• 3.2.4 BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 的电性能分析30-32
• 3.2.5 BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 的化学稳定性测试32-35
• 3.3 小结35-37
• 第4章 BCY20-BZPY20核壳结构材料的制备及性能37-49
• 4.1 实验部分37-38
• 4.1.1 核材料BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ) 的制备37
• 4.1.2 核壳材料BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)-BaZr_(0.7)Pr_(0.1)Y_(0.2)O_(3-δ) 的制备37-38
• 4.2 结果与讨论38-48
• 4.2.1 BCY20-BZPY20粉末前驱体的性能分析38-39
• 4.2.2 BCY20-BZPY20烧结体的性能分析39-48
• 4.3 小结48-49
• 第5章 Br掺杂的BaCe_(0.9)Y_(0.1)O_(3-δ) 的制备及应用49-62
• 5.1 实验部分49-50
• 5.1.1 电解质的制备49
• 5.1.2 阻抗型氢气传感器的制备49-50
• 5.2 结果与讨论50-61
• 5.2.1 BaCe_(0.9)Y_(0.1)Br_xO_(3?δ-x/2) 的物相组成50-51
• 5.2.2 BaCe_(0.9)Y_(0.1)Br_xO_(3?δ-x/2) 的微观结构表征与分析51-53
• 5.2.3 BaCe_(0.9)Y_(0.1)Br_xO_(3?δ-x/2) 的电性能分析53-56
• 5.2.4 BaCe_(0.9)Y_(0.1)Br_xO_(3?δ-x/2) 稳定性分析56-57
• 5.2.5 传感器氢敏性能57-61
• 5.3 小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 导师简介70-71
• 作者简介71-72
• 学位论文数据集72

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4 郑sダ，

本文编号：949601