氧化铈基固体电解质材料性能的研究

摘要

本文针对掺杂的氧化铈基中温固体氧化物电解质材料进行了研究，在理论分析和实验的基础上探讨了掺杂剂对电解质电学性能的影响。 在原子尺度，采用能量最小化算法，运用GULP程序，对掺杂碱土金属氧化物MO(M2+：Ca2+，Sr2+，Ba2+，Mg2+)和三价金属氧化物M2O3(M3+：Al3+，Y3+，Gd3+，La3+)的CeO2电解质材料的缺陷行为，如基本点缺陷，缺陷复合体形成和氧空位跃迁进行了研究。 通过模拟MO掺杂的氧化铈基电解质缺陷行为研究发现，通过氧空位电荷补偿缺陷形式，与Sr2+，Ba2+，Mg2+相比Ca2+固溶能低；CeO2晶格常数随着CaO、SrO、BaO掺杂量的增加而增加，随着MgO掺杂量的增加而减少；Ca2+与氧空位形成[M

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英文文摘

第一章绪论

§1-1固体氧化物燃料电池

1-1-1固体氧化物燃料电池的工作原理

1-1-2中温化的固体氧化物燃料电池

1-1-3 SOFC的电解质材料

§1-2 CeO2基固体电解质材料

1-2-1掺杂的CeO2晶体导电机理

1-2-2掺杂的氧化铈研究现状

1-2-3 CeO2基复合氧化物与其他SOFC材料的化学相容性

1-2-4 CeO2基电解质材料存在的问题

§1-3氧化铈基电解质材料理论研究现状

§1-4氧化物模拟研究方法

1-4-1晶格能的计算

1-4-2能量最小化方法

1-4-3点缺陷形成能的计算方法

§1-5本课题研究意义

§1-6本课题研究内容

第二章氧化铈基电解质材料的缺陷行为模拟研究

§2-1离子间互作用势的经验参数

§2-2 CeO2完整晶格模拟计算

§2-3 MO掺杂的CeO2基电解质材料的缺陷行为

2-3-1 MO掺杂的CeO2的固溶能

2-3-2氧化铈晶格常数与掺杂MO浓度的关系

2-3-3掺杂离子-氧空位缺陷对的结合能

2-3-4复合缺陷体

2-3-5氧空位跃迁能

§2-4 M2O3掺杂的CeO2基电解质材料的缺陷行为

2-4-1 M2O3掺杂的CeO2的固溶能

2-4-2氧化铈晶格常数与M2O3掺杂浓度的关系

2-4-3掺杂离子-氧空位缺陷对的结合能

2-4-4复合缺陷体

2-4-5氧空位跃迁能

§2-5本章小结

第三章实验及讨论

§3-1实验材料及设备

3-1-1实验材料

3-1-2实验设备和仪器

§3-2制备工艺

§3-3材料性能检测

3-3-1四端子法测量电导率

3-3-2扫描电镜观察断口形貌

§3-4结果与分析

3-4-1电解质导电性能分析

3-4-2断口形貌分析

§3-5本章小结

第五章结论

参考文献

附录A

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果