Y摻雜BaZrO3基復(fù)相固體電解質(zhì)的制備與電性能研究.pdf

1、Y摻雜BaZrO3(BZY)在CO2和H2O下具有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)性能和高晶粒電導(dǎo)率,但該材料的難燒結(jié)性和高晶界電阻妨礙了該材料在固體氧化物燃料電池(SOFCs)的應(yīng)用。本文通過以BZY為基體,分別引入Y和Zn共摻雜BaCeO3(BCYZn)和Sm摻雜CeO2(SDC)作為第二相提高BZY的燒結(jié)性能和電導(dǎo)率,在較低燒結(jié)溫度下獲得高致密、高電導(dǎo)率和穩(wěn)定性復(fù)相固體電解質(zhì)。通過XRD、SEM和EIS等分析測(cè)試方法,研究各組分組成和含量

2、對(duì)復(fù)相電解質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率的影響。
　　通過溶膠凝膠與球磨結(jié)合(凝膠包覆)和傳統(tǒng)的機(jī)械混合這兩種方法制備納米復(fù)相電解質(zhì)10 wt％BaZr0.9Y0.1O2.95-90wt％ BaCe0.86Y0.1Zn0.04O2.91(10BZY-90BCYZn),研究不同制備方法對(duì)BZY-BCYZn電解質(zhì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:相比于機(jī)械混合,凝膠包覆法制備的電解質(zhì)在1350 oC煅燒5 h已經(jīng)基本達(dá)到致密,在600 oC濕潤氬

3、氣條件下10BZY-90BCYZn的電導(dǎo)率可達(dá)到7.3 mS/cm,而在相同條件下機(jī)械混合制得的10BZY-90BCYZn的電導(dǎo)率僅為2.3 mS/cm。
　　通過添加4％mol的ZnO作為摻雜劑(Zn摻雜)和燒結(jié)助劑(ZnO混合)兩種引入方式制備10BZY-90BCYZn和10BZY-90BCY+ZnO復(fù)相電解質(zhì)材料,研究ZnO的不同引入方式對(duì)BZY-BCY復(fù)相電解質(zhì)燒結(jié)性能和電性能的影響。結(jié)果表明:相比于ZnO作為燒結(jié)助劑制備

4、的10BZY-90BCY+ZnO復(fù)相電解質(zhì),ZnO作為摻雜劑制備的10BZY-90BCYZn復(fù)相電解質(zhì)在1350 oC煅燒5 h已經(jīng)基本達(dá)到致密,在500 oC濕潤氬氣條件下10BZY-90BCYZn的電導(dǎo)率可達(dá)到2.3 mS/cm,而在相同條件下10BZY-90BCY+ZnO的電導(dǎo)率僅為0.9 mS/cm。
　　采用凝膠包覆法制備了(100-x)wt％BaZr0.9Y0.1O2.95-x wt％BaCe0.86Y0.1Zn0.0

5、4O2.91(BZY-BCYZn)(x=70、80、90)系列復(fù)相電解質(zhì)粉體,在1350 oC燒結(jié)5 h得到系列復(fù)相電解質(zhì)塊體材料。結(jié)果表明:隨著BCYZn含量的增加,BZY-BCYZn復(fù)相電解質(zhì)材料的燒結(jié)致密性和電導(dǎo)率隨之增大,當(dāng)BZY和BCYZn的質(zhì)量比為10:90時(shí),BZY-BCYZn具有最高的致密度和電導(dǎo)率,在600 oC濕潤Ar和5％H2/Ar條件下10BZY-90BCYZn的電導(dǎo)率分別達(dá)到7.3 mS/cm和10 mS/cm

6、。
　　采用機(jī)械混合法制備了(100-x) wt％BaZr0.9Y0.1O2.95-x wt％Ce0.8Sm0.2O1.9(BZY-SDC)(x=70、80、90)系列復(fù)相電解質(zhì)粉末,在1500 oC燒結(jié)5 h得到系列復(fù)相電解質(zhì)塊體材料。結(jié)果表明:隨著SDC含量的增加,BZY-SDC復(fù)相電解質(zhì)材料的燒結(jié)致密性和電導(dǎo)率隨之增大,當(dāng)BZY和SDC的質(zhì)量比為10:90時(shí), BZY-SDC具有最高的致密度和電導(dǎo)率,在600 oC濕潤Air