无机盐复合BaZr0.63Ce0.27Y0.1-xYbxO2.95质子导体制备与改性研究

摘要

本课题首先采用高温固相法制备出BaZr063Ce0.27Y0.1-xYbxO2.95(x=0、0.05、0.1)复合粉体。随后在1600℃下保温了4 h制备BZCY、BZCYYb和BZCYb质子导体。结果显示随着Yb含量的增加，试样的相对密度和线性收缩率呈下降趋势，在同一烧结制度下，BZCY的相对密度和线收缩率分别达到了87.8％和14.8％，800℃时的电导率为2.14×10-3Scm-1。
　　 1450℃保温6 h下添加2 mol％ZnO的BZCY(BZCY-Z2)系列试样的相对密度达到93％以上。随着Yb含量的增加，BZCY-Z2试样的电导率逐渐降低，800℃下，BZCY-Z2具有最高的电导率，为7.64×10-3 Scm-1，而BZCYYb具有最低的活化能，为0.49 eV。以BZCY-Z2为电解质组装成阳极支撑燃料电池后，700℃最高功率密度达到56 mWcm-2
　　 Na2SO4作为复相加入到BZCY-Z2之后，1370℃保温2 h后相对密度和线性收缩率均在92％和17％以上，由此证明Na2SO4是一种有效的液相烧结助剂。由于Na2SO4存在超离子相变，BZCY-Z2-S系列在600-650℃电导率发生“突变”，电导率明显提高。700℃下BZCY-Z2-S10电导率达到8.05×10-3Scm-1，明显高于未添加Na2SO4试样。以BZCY-Z2-S10为电解质制备电解质支撑电池在单电池在700℃功率密度达到23 mWcm-2。
　　 采用1400℃保温4 h制备了BZCY-Z2-Cl系列试样。电导率测试表明BZCY3-Z2-C110复相质子导体具有较高的电导率，700℃时其电导率达到最大，为7.48×10-3Scm-1。Pt/BZCY-Z2-C110/Pt单电池在湿氢气-空气环境中最大功率密度达到17mWcm-2。且电池在550℃、600℃、650℃和700℃下离子传导系数分别达到0.97、0.97、0.95和0.93，证明BZCY-Z2-C110是一种很好的质子导体材料。