添加Li_2O对YSZ电解质性能影响

摘要

8%(摩尔分数,下同)Y2O3稳定的ZrO2(8YSZ)是固体氧化物燃料电池(SOFC)中最常用的电解质材料,本文研究了在8YSZ基体中加入n%Li2O(n=0,0.25,0.50,1.00,1.50,1.70,2.00,2.50,3.00)后(记为n%Li2OYSZ)对其晶相结构、晶格常数、烧结性能、微观形貌、电导率及其作为SOFC电解质性能的影响。结果表明,Li2O中的Li+可以固溶到YSZ的晶格内使其晶格常数减小;Li2O的加入量n<1.70时,瓷体在烧结过程中不会发生相变。加入少量的Li2O(n=0.25,0.50)可以提高YSZ的致密度和电导率,0.25%Li2OYSZ和0.50%Li2OYSZ样品800℃的电导率分别高达0.030 2 S/cm和0.027 6 S/cm,分别是纯YSZ的1.35和1.24倍;当Li2O含量n≥1.00时,相同条件下烧结体致密度随Li2O加入量的增大而逐渐减小;当n≥1.70时,样品在烧结过程中虽然出现相变,但在高于1400℃可以烧结致密,并得到纯立方相YSZ。将1250℃烧结制得的0.25%Li2OYSZ和0.50%Li2OYSZ作为SOFC电解质的单电池,800℃时的开路电压高于1.0V,说明YSZ中没有出现电子电导,具有比纯YSZ为电解质的单电池更高的性能输出,表现出了良好的应用前景。