新型氧离子导体（La<,1-x>Ba<,x>）<,2>（Mo<,1-y>Nb<,y>）<,2>O<,9-α>的合成及其电性能研究

摘要

钼酸镧(La2Mo2O9)是最近被报道的一种新型氧离子导体，即使不掺杂低价金属阳离子，其晶格内部也具有相当数量的氧空位，且在600～800℃中温范围内具有高于传统的稳定化ZrO2的氧离子电导率。 本文通过高温固相法合成了(La1-xBax)2Mo2O9-a(x=1％、5％、10％、15％)单掺杂系列氧离子导体，对样品进行了XRD、SEM表征。结果表明该系列样品均为单一立方相La2Mo2O9结构。以该系列样品为固体电解质、多孔性铂为电极，采用交流阻抗谱、气体浓差电池、氧泵等方法研究了各样品在600～1000℃下不同气氛中的导电特性。 氧浓差电池电动势的实测值与理论值吻合得很好，氧离子迁移数为1，表明该系列样品在该温度范围下的氧气气氛中为纯氧离子导体；氧泵(氧的电化学透过)实验值也与理论值吻合得较好，进一步证实了该系列样品在氧气气氛中为纯氧离子导体。(La1-xBax)2Mo2O9-a的氧离子电导率高于母体La2Mo2O9，其中，La1.9Ba0.1Mo2O9-a具有最高的氧离子电导率，1000℃时达到0.093S·cm-1。 至今尚未见到La2Mo209基陶瓷燃料电池性能的研究报道。本文研究了单掺杂系列样品的燃料电池性能，1000C时氢气-氧气燃料电池的最大输出电流密度为280mA·cm-2，最大输出功率密度为112mW·cm-2，天然气-氧气燃料电池的最大输出电流密度为200mA·cm-2、最大输出功率密度为72mW·cm-2，显示La2Mo209基陶瓷燃料电池具有较好的性能。样品在燃料电池条件下存在一定程度的电子传导，这与La2Mo2O9基陶瓷在还原性气氛中高价钼被还原为低价钼有关。天然气-氧气燃料电池性能较氢气-氧气燃料电池要低，这可能与天然气重整需要消耗一定的电能有关。 此外，至今尚未见到用Ba2+和Nb5+在母体La2Mo2O9中进行双掺杂的研究报道。本文采用高温固相法合成了双掺杂的钼酸镧系列陶瓷样品：La1.9Ba0.1(Mo1-yNby)209-a(y=4％、8％、12％)，采用多种电化学方法测试了其离子导电性能。该系列陶瓷样品在高氧分压的情况下是纯氧离子导体。与单掺杂样品比较，双掺杂样品具有较高的氧离子电导率，这与双掺杂样品具有较高的氧空位浓度有关。在双掺杂系列样品中，La1.9Ba0.1Mo1.92Nb0.0809-a具有最高的氧离子电导率0.12S·cm-1(1000℃)，它的氢气—氧气燃料电池具有最高功率密度达到133mW·cm-2，高于La1.9Na0.1Mo209-a氢气—氧气燃料电池。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1-1新型无机非金属材料

§1-2新型能源材料

§1-3氧离子固体电解质

§1-4新型氧离子固体电解质—钼酸镧

§1-5本论文的研究背景和意义

第二章氧离子导体(La1-xBax)2Mo2O9-α的合成及其电性能研究

§2-1引言

§2-2实验部分

§2-3结果与讨论

§2-4小结

第三章新型氧离子导体La1.9Ba0.1(Mo1-yNby)2O9-α的合成及其电性能研究

§3-1引言

§3-2实验部分

§3-3结果与讨论

§3-4小结

总结

参考文献

攻读学位期间分开发表的论文

致谢