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《哈尔滨工业大学》 2010年
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离子间相互作用势的研究及其在固体电解质GDC中的应用

崔志伟  
【摘要】: 随着能源危机的加剧,固体氧化物燃料电池成为新能源领域研究的重点和热点。作为固体氧化物燃料电池的重要组成部分,固体电解质的性能优劣很大程度上决定了燃料电池的使用寿命和应用推广。在原子级别对材料特性进行模拟的分子动力学方法,对于分析固体电解质的力学特性具有重要意义。本学位论文提出了求取离子晶体势函数的方法,并以固体电解质为研究背景,通过对分子动力学方法的改进,模拟了非化学计量氧化钆掺杂氧化铈(GDC)的主要特性,并结合耦合理论,给出了多种可变参数影响下材料的缺陷分布和性能演化。论文的主要研究内容如下: 首先,改进了分子动力学相关算法,开发了完整的模拟软件。简述了分子动力学模拟的基本思想及主要算法。为了更好地和实验进行比较,本文选择可变形的NPT系综。根据原子的作用范围,提出了平行六面体邻位算法,使得计算效率和原子个数成正比。该算法可应用于NV及NP系综下的分子动力学模拟。针对具体的函数形式,提出了离散-插值的快速方法,有效地提高了计算效率。利用Hamiltonian对应变的导数,精确给出应力-应变涨落方程,结合弹性浴方法后,使得在NPT系综下快速计算弹性模量成为可能。 其次,为了更好地描述离子间的相互作用,研究了离子晶体第一性原理对势函数的求取方法。通过晶格反演法得到异种离子的短程对势,同种离子的短程对势则由量子化学法直接求得。结合上述方法,给出了离子晶体势函数求取的详细过程,并应用于固体电解质材料GDC。基于体系的虚拟晶格结构,通过第一性原理软件计算了赝势总能量,利用两种第一性原理方法得到了GDC的势函数,并进行多项测试以证明势函数的正确性和可移植性,包括:GDC的静态性能、结构、对关联函数和均方位移,CeO2的高压性能、稳定性能和高温性能,非化学计量GDC的混合膨胀系数和弹性常数。 随后为了提高材料的力学性能,根据弹性模量表达式,给出了经验三体势的拟合方案。结合第一性原理对势和经验三体势构成半经验离子晶体势函数。以典型的二价氧化物材料——CaO和MgO为例,计算了材料的晶格常数、体积模量、晶格能和弹性常数等静态性能。对CaO的多晶相预测,证明了本文势函数的通用性。为了测试三体势函数的性能,计算了材料的高压相变。高温和高压环境下的测试计算表明本文势函数具有较高的可靠性。继而以固体电解质为研究背景,根据CeO2的结构特点,指明三体势中的距离函数、角度函数和离子环境的关系,拟合出CeO2的三体势函数,并进行一定的测试,结果表明三体势可以更好地描述材料的力学性能。 最后,根据Swaminathan耦合理论,推导了缺陷对弹性模量的影响,使之能更好地解释应力场和电化学场的耦合效应——非化学计量造成的体积膨胀在边界条件的约束下产生较强的内应力,而内应力会影响缺陷的扩散和分布,从而导致不同的非化学计量的产生。并以平板状电解质为例,模拟了不同的杨氏模量、外电压以及存在常应变时,GDC的缺陷分布和性能演化,为电解质材料裂纹扩展和寿命分析奠定了坚实基础。
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4 王兆翔;关于固体电解质钽电容器储存稳定性(下)[J];电子质量;2000年04期
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7 陈德均;锂离子电池[J];电池工业;1997年01期
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9 张乃庆,孙克宁,朴金花,吴宁宁,周德瑞;凝胶燃烧制备中温固体电解质La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)[J];人工晶体学报;2004年05期
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12 禹芳;;电化学变色显示及其原理[J];化学通报;1982年07期
13 黄为华;;固体电解质的磁效应[J];武汉科技大学学报(自然科学版);1985年03期
14 崔万秋;邹赟;吴开文;杨锦伟;;Na_(5+X)YAl_XSi_(4-X)O_(12)固体电解质的研制[J];武汉理工大学学报;1986年01期
15 朱斌,俞文海;蒙脱石固体电解质的电性能研究[J];无机材料学报;1988年03期
16 马平,翟玉春,李光强,肖飞,冀春霖;Sr_(0.69)La_(0.31)F_(2.31)+SrS固体电解质材料的电性质研究[J];东北大学学报(自然科学版);1993年06期
17 郑文君;;利用固体电解质的气体分离和制备方法[J];化学通报;1992年10期
18 石敏,刘宁;ZrO_2基固体电解质氧传感器的研究现状及发展趋势[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2003年03期
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1 周德凤;薄其兵;王秋艳;曹学强;孟健;;新型固体电解质Ce_(6-x)Sm_xMoO_(15-δ)(0.0<x<1.2)的合成及电性质[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
2 厉英;宋晓明;王常珍;丁玉石;;固态钢析氢压力的化学传感法研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年
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7 孙长余;李菲;郭兴敏;;利用循环伏安法对氧化锆电脱氧性能的研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年
8 吴翔;周贞;简家文;;Gd掺杂CeO_2固体电解质的电化学特性研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
9 程继贵;刘亚飞;刘杏芹;彭定坤;孟广耀;;掺杂CeO_2固体电解质材料的制备及其性能研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
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1 记者 孙玲;“GDC徐汇之夜”搭建网游交流平台[N];上海科技报;2009年
2 陈超;日开发出高效燃料电池[N];科技日报;2002年
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4 记者 钱铮;日研发燃料电池无需充电可循环[N];新华每日电讯;2009年
5 本报记者 刘瑜;GDC09展多项金奖空缺[N];深圳商报;2009年
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7 惠芬;游戏软件开发迈向跨平台[N];电子资讯时报;2002年
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9 本报记者 马佳;庄林:突破燃料电池价高难题[N];北京科技报;2008年
10 ;苍龙行雨 老树著花[N];中国冶金报;2000年
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1 崔志伟;离子间相互作用势的研究及其在固体电解质GDC中的应用[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 李荣华;锂离子矿物固体电解质与尖晶石型正极材料的研究[D];福州大学;2003年
3 蔡睿;固体电解质膜反应器中的选择氧化反应[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
4 王文宝;ABO_3(A=Ba,La;B=Ce, Ga)钙钛矿型固体电解质的中温电性能及其应用[D];苏州大学;2011年
5 王彪;NASICON材料与微型气体传感器及检测系统的研究[D];吉林大学;2008年
6 孟庆森;固体电解质陶瓷(玻璃)与金属的场致扩散连接结合机理研究[D];西安交通大学;2002年
7 黄兆祥;氧基磷灰石固体电解质的制备和导电性能研究[D];华中科技大学;2010年
8 张玉荣;矿物锂快离子导体及锂离子电池电极材料的合成、表征与应用研究[D];福州大学;2001年
9 梁广川;燃料电池中温固体电解质材料研究[D];天津大学;2000年
10 吕振刚;掺杂ZrO_2电解质的制备、性能及其导电性的DFT研究[D];天津大学;2007年
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2 杨扬;镁铁掺杂氧化锆固体电解质结构及性能研究[D];武汉理工大学;2011年
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