稀土金属双掺杂Ce0.8SmxGd0.2-xO1.9固体电解质的制备和性能研究.pdfVIP

23 专辑 中 国 稀 土 学 报 2005年12月 V01．23 JOURNALOFTHECHINESERAREEARTHSOCIETY Spec．Issue Dec．2005 稀土金属双掺杂Ceo．8Smz Gdo．2一x01．9固体电解质的制备 与性能研究 赵永旺+，宋希文，安胜利 (内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头014010) 摘要：以共沉淀法合成了稀土(Sin，Ca)双掺杂的氧化铈基固溶体材料Ceo．8Sm；cao 表明：稀土双掺杂的Ce02呈立方萤石结构。利用交流阻抗谱研究了材料的离子导电性，发现稀土双掺杂有利于提高材料离子导电率，掺杂 两种稀土金属离子的等效半径接近临界离子半径时电导率最高。 关键词：CeO：；固体电解质；掺杂；电导率 中圈分类号：0641文献标识码：A 文章编号：1000—4343(2005)一0070—04 近年来，固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究导电性为目的，以Sm和Gd对Ce02进行双掺杂， 受到越来越多的重视…。目前SOFC普遍采用Y：O。研究双掺杂对材料晶体结构和电性能的影响。 稳定ZrO：(YSZ)作为固体电解质，受电导率的限制 1 实 验 其工作温度在1000℃左右，高温操作给材料的选 择和制造技术带来了一系列问题，如温度高易使 实验中采用的原料为：硝酸铈Ce(NO，)，· 阴极材料LSM逐渐烧结，阳极镍发生团聚而使电 极气孔率和活性下降；电解质YSZ和LSM在界面 上发生反应形成高阻抗的界面相；相连材料会由 头稀土研究院提供。工业酒精(纯度≥95％)，无水 于热膨胀系数不匹配而导致电池性能的下降[2’3]。 所以目前迫切地希望在不降低SOFC性能的情况 下降低其操作温度。降低电池工作温度要解决的 试样制备步骤为：首先将ce(NO，)，·6H：O， 主要问题是如何降低电池的内阻，为此人们采用 Sm20，与Gd20，按化学计量比溶解于蒸馏水中，然 了降低YSZ薄膜厚度的方法(从100左右降至10 后加入硝酸配制成pH值在1～2之间的溶液，其 tsm)，但这种方法一方面有一个技术难度，另一方 中金属阳离子的浓度为0．10tool·L～，往溶液中加 面还要充分考虑到氧化和还原气体的相互渗透问 入体积比为0．8％vol的H：O：。在不断搅拌的条件 题。因此寻求新的中温时具有高离子电导率的电 下，将该溶液滴加到氨水中，可以观察到有橘红色 解质材料是最有前景的办法，在诸多的材料中，由 沉淀产生；在此过程中，为了维持体系的pH=10， 于CeO：在中低温(600～800℃)范围内的离子电导 同时滴加适量氨水。将形成的ce(OH)。水分散体 率要高于YSZ，因此是一种良好的替代YSZ作为 h。然后用蒸馏水洗 系在pH=10的条件下陈化40 中低温燃料电池的固体电解质材料。由于纯CeO： 涤过滤2—3次以去除NO，一等离子，每次水洗后均 在还原气氛中的稳定性较差，Ce4+会被还原成将体系的pH值调整到10。以无水乙醇作研磨介 Ce“，导致材料中出现电子导电，离子迁移数降 质，在聚氨脂球磨罐中球磨3次，每次球磨时间为 低，而造成电池输出电压下降的特点，从而限制了 30 rain，其中无水乙醇：球：料的质量比为2：2：l， 它的使用[4。]。本文以提高CeO：的离子迁移数和每次球磨后洗涤过滤。将得到的Ce(OH)。沉淀在 ·通讯联系人(E—mail：yongwangzhao@163．conl) 收稿日期：2