氧化钪稳定氧化锆固体电解质的制备

发布时间：2018-06-06 06:36

  本文选题：固体氧化物燃料电池 + ScSZ固体电解质　； 参考：《内蒙古科技大学》2014年硕士论文

【摘要】：在固体氧化物燃料电池中，电解质的选择和制备是最重要的环节之一。目前SOFC电解质材料研究最多的是氧离子导体，其中氧化锆基电解质由于具有优良的导电性能、机械性能和广泛的应用范围而成为研究热点。其中Y2O3稳定ZrO2（YSZ）作为最传统、应用最广泛的SOFC电解质材料，其主要存在的问题是工作时不稳定，电导率低。因此，本文对Sc2O3稳定ZrO2（ScSZ）新型电解质材料进行深入探索并对其制备工艺、性能特点作出详细的研究。 本文采用溶胶凝胶法制备(Sc2O3)x(ZrO2)1-x新型电解质材料对干凝胶前驱体进行TG-DSC热分析得出在温度达到222℃时出现较弱的吸热峰和11.8%的失重，这是因为前驱体残余水分的蒸发和有机溶剂的挥发造成的。当温度达到262℃时出现较宽的放热峰和40%的失重，则是因为有机基团的热分解、燃烧和非晶态ZrO2的形成导致。 采用XRD物相分析和颗粒粒度分析测定，对(Sc2O3)x(ZrO2)1-x电解质粉体特性进行探究。XRD物相分析发现，随着Sc2O3含量的增加，物相组成逐渐由单斜相ZrO2向四方相和立方相ZrO2转变。当x在8~10mol%范围内时，主要是以四方相和立方相ZrO2构成，Sc2O3起到了稳定ZrO2的作用。对电解质粉体粒度分析表明，(Sc2O3)x(ZrO2)1-x电解质粉体平均颗粒粒径均在0.7μm左右。 电解质粉体单向压力成型，在1550oC-1600oC高温烧结。应用SEM观察断口微观形貌表明，(Sc2O3)x(ZrO2)1-x电解质随着烧结温度的升高，晶粒尺寸增大，致密度提高。当烧结温度相同时，随着Sc2O3含量的增加，烧结体气孔减少，致密度增大。 对(Sc2O3)x(ZrO2)1-x电解质进行电化学分析发现，，温度和Sc2O3掺入量对ScSZ电解质的电导率和活化能产生影响。随着测试温度的升高，ScSZ电解质的电导率增大（800℃时最大可达到0.0952S/cm）。电导活化能随着Sc2O3掺入量的增大而降低。 由于Sc2O3稳定ZrO2电解质的烧结温度很高，因此要进一步探究降低烧结温度的方法。掺杂1mol%Bi2O3的ScSZ电解质的微观结构、形貌、致密度以及电化学性能等进行分析。结果表明，物相分析没有发现Bi2O3的衍射峰，说明已经固溶到ZrO2晶格中；在1400℃下烧结即可达到致密，在800℃时电导率为0.0627S/cm，活化能98.6kJ/mol。
[Abstract]:The selection and preparation of electrolyte is one of the most important processes in solid oxide fuel cells. At present, oxygen ion conductors are the most widely studied SOFC electrolyte materials, among which zirconia based electrolyte has become a research hotspot because of its excellent conductivity, mechanical properties and wide application. As the most traditional and widely used SOFC electrolyte material Y2O3 stabilized ZrO _ 2 / YSZ has the main problems of instability and low conductivity. Therefore, the preparation process and properties of Sc2O3 stabilized ZrO _ 2 / ScSZ electrolyte were studied in detail in this paper. In this paper, the TG-DSC thermal analysis of the xerogel precursor prepared by sol-gel method shows that there are weak endothermic peaks and 11.8% weightlessness at the temperature of 222 鈩

本文编号：1985605