Ce-%2c1---%2cx-Sm-%2cx-O-%2c2--x%2f2的溶胶-凝胶法的合成及其氧空位研究.pdfVIP

Cel一xSm工02二工／2的溶胶-凝胶法 的合成及氧空位的研究 彭程2王琳1李五聚2蒋凯2 王鸿燕1梁宏伟3杜红初1孟健1 (1．中国科学院长春应用化学研究所稀土化学与 物理开放实验室长春130022； 2．河南师范大学化学系河南453002； 3．长春科技大学化学系长春130026) 摘要f本文利用溶肢一凝胶法合成了Cel…Sm02一埘(x=0—0．4)系列固体电 解质。并且系统地研究了其箍体结构随Sm音量对麦亿关系。xRD表明：该体系 从160℃开始婶形成了立方萤石结构，且在，所研究的龃威范围内垒郝形成了单相 呵藩律。此温度远低于传统蚋高温固相合成法所雷的温度，同时也较木热合成法 的温度低。J高温x一”y衍射研究表明直到800CCel一，sm，02一，，2耒出现结构相转 变，其矗格常数和晶胞体积随温度升高而增大。EPR测试证实了由于Sm3+部分 置换ce．+圃|藩体中所存在掬单电荷缺陪《s-氐’，v挈)‘结构。在回溶体曲Ramata 谱中观察到：纯ce02在465cra“仅有一十风m∞撮赞模式，随着参翦量的增大， 此振动摸式向低频方向秽弓}，而且Ramim鳗麦。竟且在$70em“附近出现一新的 峰，这些麦化揶是由sm“取代Ce+所产生曲囊空位引起的。 关拥 固律电解质溶腋．凝艘法氯膏予导体c々吼 电导宰_’ ／ ^ 在所有正在开发的先进的商态燃料电浦中，SOFC最受人们青睬，并公认为“21世纪的 绿色能源”。由于是全固体的陶瓷结构，避免了使用液态电解癀所带弗的腐蚀和电解蒗流失 的问麓；高的工作温度使电极反应过程相当迅速，避免了使用低温燃料电池必须采用的贵金 属电报，因而电池成本大大降低；SOFC不但具备效事高和环境友好等燃料皑憾的兵牲，而 且最为突出的优点是可直接利用天然气(No)作为燃料，完全不需要预先将甲烷和水蒸气重 整为CO和一啦这一复杂而投资太的造气过程。 钇稳定盼氧化错(YSZ)是传统盼$OFE电鼻质，但其工作温度岿须在I000E左右才能 达到足够膏的离子导电率。如此商韵潼赛会导致许多技术同麓}比如糯槭强度的不稳定性、 材料的老化、各构成材料之间的柑互扩散等。如果SOFC的工作温度降至$009C。其寿命 可望延长三倍且大丈降低制作和材料的成本。西此，为了发展燃料电池，同时也是为了充分 有效熄年孽甩我国率曹的稀土资源，研究低蠹下具有寿电导率的窟俸电解旃具有非常重要舶 曲 意义。 为了降低燃料电池的操作温度，寻找比Zr02基固体电解质电导率高的新型萤石结构材 料，人们进行了广泛的研究。从结构上来说，为了扩大氧离子通道瓶颈，最简单的办法是用 可极化的阳离子来占据萤石结构中阳离子的四面体位置，由于极化能力随着离子半径增大 而增大，所以人们主要考虑离子半径较大的阳离子。但是为了维持萤石结构的稳定性．阳离 子和阴离子的半径比必须接近0—7由于氧离焉的半径为0．138nm，所以最佳阳离子的半 径应接近于0．1nm。有独特的4f亚层电子结构的稀土元素的半径正好在这个范围内。由 于镧系收缩的原因．位于镧系前面的元素才能很好的满足这一要求。正是在这个理论基础 上，人们开始对ce02基固溶体进行研究。 ce02基固体电解质由于在中温(600—800℃)时即具有与YSZ在高温对相当的氧离子 电导率而受到人们的关注，近年来的研究在抑制其电子电导和改善电池性能方面都取得不 少进展，是有希望在低于800℃下工作的SOFC中固体电解质的候选者。 本文利用溶胶一凝胶方法合成了cel一，sm，02一，，2系列圄溶体，通过XRD、ESR、Raman 及交流阻抗谱的测试对圈溶体进行了表征。 1实验部分 量的柠糠馥，以适量的氨水调至口Hm8，于印一∞屯水浴蒸发，得到透明溶胶，继续蒸发得 9C处理l蚰，压制成型后于1300喘lOb使其致密，自然冷却至室 到凝腔，110℃烘干，500 温。 甩日本理学·D／Max．1iB型x射线衍射饺测定样品的