氧化铈基电解质材料的制备和性能研究
发布时间：2021-04-16 23:06
为了开发新型中温固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质材料,采用甘氨酸燃烧法制备Ce0.8La0.03Sm0.15Ca0.02O2-δ（CLSC）电解质.CLSC电解质粉末经800℃烧结10 h后已成纯相,为立方萤石结构;对压制成片的电解质进行1 400℃的高温烧结后仍为立方萤石结构,没有产生其他杂相,较为致密;CLSC电解质的氧离子电导率在800℃时达到0.07 S·cm-1;在800℃的测试温度下,以CLSC为电解质的单电池获得较高的功率密度(388 mW·cm-2)和开路电压（0.800 V）.以上研究结果表明,CLSC氧化物可以作为中温SOFC电解质的候选材料.
【文章来源】：吉林师范大学学报(自然科学版). 2020,41(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
CLSC经800 ℃烧结2 h的XRD谱图
图4是经1 400 ℃烧结10 h后的CLSC电解质的断面微观形貌图,插图是CLSC的EDS谱图.从扫描电镜图中可以看到,合成的电解质片较为致密,同时分布着少量的密闭气孔.这表明Ca2+具有助烧结作用,可以对电解质粉体的烧结性能产生积极作用,有助于增加电解质片的致密性.从相对应的EDS谱图中可以发现La、Sm、Ce、Ca元素的存在,由于CLSC中Ca2+浓度较小,因此只观测到较小的Ca元素的EDS峰值.在EDS谱图中还发现了Au的谱线,这主要是由于电解质材料的电子导电性差,因此在测试之前对电解质片的表面进行了喷金处理,所以才会出现Au元素的峰.图5是以CLSC为电解质的半电子的阻抗谱图,其中Rg代表晶粒阻抗,Rb代表晶界阻抗.随着测试温度的升高,阻抗明显降低,这主要是由于在较高的温度下,载流子的能量越高则更容易越过势垒,载流子迁移几率的增加可以增强电解质的氧离子传导,可以获得更小的阻抗.在低温范围内,可以看到在高频处阻抗谱呈现为半圆的一部分,在低频处呈现为一条射线.高频处的半圆与x轴的交点代表电解质的晶粒阻抗和晶界阻抗之和(Rb+Rg).而低频的射线代表电解质与电极之间的界面电阻.在低温段,由于界面电阻太大,其呈现为一条射线,随着测试温度的升高,射线逐渐下沉而呈现为一个半圆,说明电传导过程在高温段由电解质和电极的界面过程控制.通过阻抗可以计算出材料的电导率,如图6所示.CLSC在800 ℃的氧离子电导率为0.07 S·cm-1,显著高于目前普遍采用的SDC,其电导率值在0.01 S·cm-1左右,这主要是由于共掺杂可以得到更多的氧空位数量,因此可以获得较高的离子电导率.最后,我们对CLSC的电导率进行了Arrhenius拟合,并计算出活化能,如图7所示,其活化能为0.794 eV.
图5是以CLSC为电解质的半电子的阻抗谱图,其中Rg代表晶粒阻抗,Rb代表晶界阻抗.随着测试温度的升高,阻抗明显降低,这主要是由于在较高的温度下,载流子的能量越高则更容易越过势垒,载流子迁移几率的增加可以增强电解质的氧离子传导,可以获得更小的阻抗.在低温范围内,可以看到在高频处阻抗谱呈现为半圆的一部分,在低频处呈现为一条射线.高频处的半圆与x轴的交点代表电解质的晶粒阻抗和晶界阻抗之和(Rb+Rg).而低频的射线代表电解质与电极之间的界面电阻.在低温段,由于界面电阻太大,其呈现为一条射线,随着测试温度的升高,射线逐渐下沉而呈现为一个半圆,说明电传导过程在高温段由电解质和电极的界面过程控制.通过阻抗可以计算出材料的电导率,如图6所示.CLSC在800 ℃的氧离子电导率为0.07 S·cm-1,显著高于目前普遍采用的SDC,其电导率值在0.01 S·cm-1左右,这主要是由于共掺杂可以得到更多的氧空位数量,因此可以获得较高的离子电导率.最后,我们对CLSC的电导率进行了Arrhenius拟合,并计算出活化能,如图7所示,其活化能为0.794 eV.图6 CLSC电解质的电导率随温度变化曲线
本文编号：3142333
【文章来源】：吉林师范大学学报(自然科学版). 2020,41(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
CLSC经800 ℃烧结2 h的XRD谱图
图4是经1 400 ℃烧结10 h后的CLSC电解质的断面微观形貌图,插图是CLSC的EDS谱图.从扫描电镜图中可以看到,合成的电解质片较为致密,同时分布着少量的密闭气孔.这表明Ca2+具有助烧结作用,可以对电解质粉体的烧结性能产生积极作用,有助于增加电解质片的致密性.从相对应的EDS谱图中可以发现La、Sm、Ce、Ca元素的存在,由于CLSC中Ca2+浓度较小,因此只观测到较小的Ca元素的EDS峰值.在EDS谱图中还发现了Au的谱线,这主要是由于电解质材料的电子导电性差,因此在测试之前对电解质片的表面进行了喷金处理,所以才会出现Au元素的峰.图5是以CLSC为电解质的半电子的阻抗谱图,其中Rg代表晶粒阻抗,Rb代表晶界阻抗.随着测试温度的升高,阻抗明显降低,这主要是由于在较高的温度下,载流子的能量越高则更容易越过势垒,载流子迁移几率的增加可以增强电解质的氧离子传导,可以获得更小的阻抗.在低温范围内,可以看到在高频处阻抗谱呈现为半圆的一部分,在低频处呈现为一条射线.高频处的半圆与x轴的交点代表电解质的晶粒阻抗和晶界阻抗之和(Rb+Rg).而低频的射线代表电解质与电极之间的界面电阻.在低温段,由于界面电阻太大,其呈现为一条射线,随着测试温度的升高,射线逐渐下沉而呈现为一个半圆,说明电传导过程在高温段由电解质和电极的界面过程控制.通过阻抗可以计算出材料的电导率,如图6所示.CLSC在800 ℃的氧离子电导率为0.07 S·cm-1,显著高于目前普遍采用的SDC,其电导率值在0.01 S·cm-1左右,这主要是由于共掺杂可以得到更多的氧空位数量,因此可以获得较高的离子电导率.最后,我们对CLSC的电导率进行了Arrhenius拟合,并计算出活化能,如图7所示,其活化能为0.794 eV.
图5是以CLSC为电解质的半电子的阻抗谱图,其中Rg代表晶粒阻抗,Rb代表晶界阻抗.随着测试温度的升高,阻抗明显降低,这主要是由于在较高的温度下,载流子的能量越高则更容易越过势垒,载流子迁移几率的增加可以增强电解质的氧离子传导,可以获得更小的阻抗.在低温范围内,可以看到在高频处阻抗谱呈现为半圆的一部分,在低频处呈现为一条射线.高频处的半圆与x轴的交点代表电解质的晶粒阻抗和晶界阻抗之和(Rb+Rg).而低频的射线代表电解质与电极之间的界面电阻.在低温段,由于界面电阻太大,其呈现为一条射线,随着测试温度的升高,射线逐渐下沉而呈现为一个半圆,说明电传导过程在高温段由电解质和电极的界面过程控制.通过阻抗可以计算出材料的电导率,如图6所示.CLSC在800 ℃的氧离子电导率为0.07 S·cm-1,显著高于目前普遍采用的SDC,其电导率值在0.01 S·cm-1左右,这主要是由于共掺杂可以得到更多的氧空位数量,因此可以获得较高的离子电导率.最后,我们对CLSC的电导率进行了Arrhenius拟合,并计算出活化能,如图7所示,其活化能为0.794 eV.图6 CLSC电解质的电导率随温度变化曲线
本文编号：3142333
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3142333.html
