BaZr0.9Y0.1O3质子导体的制备及烧结性能研究

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其能量转换率高、产物无污染、系统安全性高、模块结构等优点,对优化能源结构、减少环境污染、促进相关高新技术产业的发展等方面都有着积极的影响,已成为国际上研究的热点。高温质子导体(HTPCs)型SOFC在阴极侧产生水蒸气,不会稀释燃料,可减小电池系统的复杂性,且由于在400-700℃表现出良好的质子导电性而受到了广泛关注。
　　锆酸钡基高温质子导体,在400-700℃中温范围内结构稳定,不与酸性气体及水蒸气反应等优点。但是锆酸钡电解质存在烧结性能差、晶界电阻高等问题,导致在相同的操作温度下锆酸钡的电导率比铈酸钡电导率要低一个数量级,因此如何提高锆酸钡基质子导体的烧结性能是其实现应用的关键问题之一。
　　本文采用无机溶胶-凝胶的方法制备获得了纳米颗粒的锆酸钡(BZY10)粉体,并研究了煅烧温度、pH值、络合剂、保温时间等因素对于合成的BaZrO3粉体的微观形貌、晶粒尺寸以及碳酸钡(BaCO3)含量的影响,发现煅烧温度为1000℃、pH=8-9、络合剂为n柠檬酸:nEDTA=1:1时晶粒尺寸最小,保温时间对晶粒尺寸影响较小。
　　通过研究不同含量的氧化锂(Li2O)、氧化锌(ZnO)、氧化铋(Bi2O3)三种烧结助剂对锆酸钡微观形貌、烧结性能以及电导率的影响,发现5mol％Bi2O3的作添加助剂时,电解质烧结温度提前100℃,在1500℃时致密度高达95%,烧结致密,助烧效果最好。
　　研究了添加烧结助剂5mol%Bi2O3对BZY10的烧结速率与烧结活化能的影响,发现烧结助剂5mol%Bi2O3在烧结过程中,不同烧结速率条件下的活化能Q=5.01±0.6eV。

目录

BaZr0.9Y0.1O3质子导体的制备 及烧结性能研究

PREPARATION AND SINTERING BEHAVIORS OF THE BaZr0.9Y0.1O3 PROTON CONDUCTOR

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 固体氧化物燃料电池现状

1.3 固体氧化物燃料电池电解质材料概述

1.4 锆酸钡基电解质研究现状

1.5 立题依据、研究内容

第 2 章 实验材料与测试方法

2.1 实验药品和实验仪器

2.2 材料的物理化学性能表征

第 3 章 锆酸钡粉体的制备及性能研究

3.1 锆酸钡粉体的合成及表征

3.2 掺杂元素钇对锆酸钡电导率及形貌的影响研究

3.3 烧结制度

3.4 本章小结

第 4 章 氧化锂/氧化锌/氧化铋作为锆酸钡电解质烧结 助剂的研究

4.1 氧化锂做锆酸钡电解质烧结助剂的研究

4.2 氧化锌做锆酸钡电解质烧结助剂的研究

4.3 氧化铋做锆酸钡电解质烧结助剂的研究

4.4 氧化铋作烧结助剂的助烧机理研究

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢