CaZr1-xMxO3-α的制備及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鈣鈦礦型SrCeO3基、BaCeO3基、CaZrO3基、SrZrO3基質(zhì)子導(dǎo)體進(jìn)行了系列應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)以SrCeO3、BaCeO3為基的固體電解質(zhì)材料在高溫含水或氫的氣氛中，表現(xiàn)出較高的質(zhì)子導(dǎo)電性，因其與CO2反應(yīng)使其化學(xué)穩(wěn)定性降低。而CaZrO3基質(zhì)子導(dǎo)體的導(dǎo)電性能雖低于同溫度下的BaCeO3基等陶瓷，但在低溫領(lǐng)域有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)度較高，引起了很多學(xué)者的關(guān)注。其中In摻雜CaZrO3固體電解質(zhì)已用于工業(yè)定氫傳

2、感器。但是到目前為止開發(fā)的定氫傳感器電解質(zhì)在高溫環(huán)境下化學(xué)穩(wěn)定性差導(dǎo)致分解：In2O3(s)=In2O(g)+O2(g)，影響摻雜效果，降低了金屬液定氫傳感器的測(cè)量精度，而且氧化銦價(jià)格昂貴，提高了傳感器的制造成本。因此，本論文著重研究離子摻雜CaZrO3質(zhì)子導(dǎo)電固體電解質(zhì)的電化學(xué)特性等一些基礎(chǔ)科學(xué)問題，為更高效的氫傳感器開發(fā)奠定基礎(chǔ)。通過(guò)研究旨意替換氫傳感器的電解質(zhì)，解決高溫不穩(wěn)定和連續(xù)測(cè)量時(shí)間短的缺點(diǎn)。
　　本文采用固相反應(yīng)法制

3、備CZIAl、CZIYb和CZYb系列固體電解質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行物相表征和性能測(cè)試，XRD結(jié)果顯示，所測(cè)試樣均合成了單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且無(wú)第二相產(chǎn)生；試樣表面和斷面的SEM結(jié)果顯示晶粒分布較均勻，晶粒直徑均在8μm以內(nèi)，晶界較清晰，晶界之間結(jié)合較緊密，無(wú)明顯氣孔。采用交流阻抗譜法測(cè)定CZIAl、CZIYb和CZYb系列質(zhì)子導(dǎo)體在不同測(cè)試溫度、不同測(cè)試氣氛下的電導(dǎo)率。同種氣氛條件下673-1223 K時(shí)，質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率分別為1.8×10-8~7

4、.1×10-6 S/cm、8.5×10-8~1.6×10-4 S/cm、2.3×10-10~3.3×10-5 S/cm，且隨著溫度的升高質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率顯著增大。673-1223 K時(shí)，質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率隨著氣氛中水蒸氣分壓的增大有不斷增大的趨勢(shì)；673-1223 K時(shí)，隨著氣氛中氧分壓的增大，質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率無(wú)明顯邊變化。CZIAl、CZIYb和CZYb系列固體電解質(zhì)質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)激活能分別為1.51-2.03 eV、0.94-2.66 eV、