探究Mg掺杂对Al_(2)O_(3)质子导体电化学性能的影响

摘要

为了进一步系统研究Al_(2)O_(3)基质子导体的电化学性能,通过传统高温固相法在1873 K烧结10 h成功制备Al_(2-x)Mg_(x)O_(3-δ)系列固体氧化物电解质试样。XRD和SEM测试结果表明,Al_(2-x)Mg_(x)O_(3-δ)系列电解质均已成功制备,同时该电解质晶粒尺寸均一,相对致密度均高于97%。在1173~1373 K富氢气大气环境中,Al_(2-x)Mg_(x)O_(3-δ)总电导率为3.1×10^(-5)~7.5×10^(-2)S·cm^(-1),导电活化能最低为0.49 eV。在1173~1323 K的温度范围内H/D同位素效应测试结果表明,质子作为主要载流子参与导电过程。同时在这一温度范围内,电动势测试结果表明,其质子转移数均高于97%。当温度高于1323 K且在富氧气大气环境中时,电子也将变为主要导电载流子参与导电过程。另外,在1173~1373 K范围内,Al_(2-x)Mg_(x)O_(3-δ)的化学扩散系数为3.4×10^(-7)~9.7×10^(-6)cm^(2)s^(-1)。因此,Al_(2-x)Mg_(x)O_(3-δ)系列电解质可以作为氢传感器电解质的代替材料应用于高温电化学装置中。