无机盐复合BaZr_(0.63)Ce_(0.27)Y_(0.1-x)Yb_xO_(2.95)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BaZr_(0.63)Ce_(0.27)Y_(0.1-x)Yb_xO_(2.95) (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2.14×10-3 Scm-1。 1450 ?C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 Na_2SO_4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Na_2SO_4是一种有效的液相烧结助剂。由于Na_2SO_4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8.05×10-3 Scm-1,明显高于未添加Na_2SO_4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-Cl10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7.48×10-3 Scm-1。Pt/BZCY-Z2-Cl10/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-Cl10是一种很好的质子导体材料。