固体电解质的电化学性能研究

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1、988功能材料2004年增刊（35）卷*Gd2O3掺杂CeO2－δ固体电解质的电化学性能研究∗1,22221,2宋希文，赵永旺，彭军，赵文广，安胜利(1.北京科技大学冶金学院，北京100083；2.内蒙古科技大学材料科学与工程学院，内蒙古包头014010)摘要：利用交流阻抗技术（EIS）测试了Gd2O3掺杂过两条途径实现：一是减薄YSZ固体电解质的厚度，CeO2－δ固体电解质的电导率。当测试温度低于695℃从而降低IR电阻，为此发展了化学气相沉积、溶胶时，阻抗谱由2个变形的半圆弧组成；而高温时仅有－凝胶沉积、真空溅射沉积及等离子喷涂等制备固体1

2、个变形的半圆弧。固体电解质的晶格电导率、晶界电解质薄膜的技术，已使固体电解质薄膜的厚度降低电导率和总电导率与测试温度的关系服从Arrhenius到20μm以下；二是开发中低温下（500~700℃）离公式。材料的电导率随成型压力的增大先增大，然后子电导率高的新型固体电解质，其中最具希望的固体[5,6]减小。随烧结温度的升高，材料电导率是升高的。电解质材料有La1-xSrxGa0.8Mg0.2O3、掺杂CeO2。关键词：掺杂CeO2－δ；电导率；固体电解质；交流掺杂CeO2基固体电解质在中低温时具有良好的离子阻抗谱导电性，是一种较理想的中低温SOF

3、C固体电解质材+中图分类号：TQ174.758.11文献标识码：A料。为了提高CeO2的离子电导率，通常在CeO2掺杂文章编号：1001-9731（2004）增刊-0988-03二价的碱土金属氧化物或三价的稀土氧化物。由于Sm2O3掺杂CeO2及Gd2O3掺杂CeO2基固体电解质具1引言有最高的电导率，被认为是最具应用前景的中温SOFC固体电解质材料。本文制备了Gd2O3掺杂CeO2燃料电池是一种将化学能直接转变为电能的装基固体电解质（GCO），并利用交流阻抗技术测试了置，由于燃料电池不受卡诺循环的限制，因此从理论GCO的电化学性能。上讲，它可

4、将燃料能量的90％转化为可利用的电和热，这是火力发电所无法比拟的。另外，燃料电池在2实验运行过程中具有良好的安全可靠性、环境友好性、操作性能和灵活性。这些优点赋予了燃料电池极强的生2.1样品的制备命力和长远的发展潜力。固体氧化物燃料电池利用共沉淀法制备Gd2O3掺杂CeO2－δ纳米粉体，（SOFC）是继磷酸盐燃料电池（PAFC）、熔融碳酸平均BET粒径为20nm。利用模压法成型，所用设备盐燃料电池（MCFC）而开发成功的第三代燃料电池为天津科器公司产DY－20型台式电动压片机，成型系统，被认为是最有前途的发电技术。SOFC的关键压力为400MP

5、a，样品直径约为11mm，厚度约为部件为固体电解质材料，要求不仅要具有高的离子电2mm。在程序控温仪控制下的MoSi2高温炉中进行烧导率，还应具有其它相应的化学与物理性能。由于结，以2℃/min的速率升温至一定的温度并保温4h。Y2O3稳定ZrO2(YSZ)具有较高的强度、良好的化学稳2.2电导率测定[1,2]定性及价格较低，通常被用作SOFC固体电解质。将氯铂酸溶于松油醇中，加入适量的甲基纤维素为了获得较高的离子电导率，ZrO2基SOFC一般要在调制成糊状的氯铂酸浆，涂覆在固体电解质表面，在800~1000℃的高温下运行。这便带来了一系列问题

6、：900℃焙烧1h。反复若干次，直至每块Pt膜上最远点界面化学反应、电极烧结、热膨胀系数不匹配、寿命之间的电阻小于0.5Ω。最后，在1000℃焙烧2h。[3,4]缩短、热能浪费、密封困难以及成本高等，限制采用交流阻抗技术测定掺杂CeO2－δ固体电解质了SOFC的发展和推广应用。因此，降低SOFC的操的电导率。所用仪器为英国Solartran公司产1260交作温度成为研究热点。降低SOFC的操作温度可以通流阻抗分析仪。测试频率范围为10MHz~0.5Hz，测*基金项目：内蒙古科技攻关项目（20010808）收稿日期：2004-02-25通讯作者：

7、宋希文作者简介：宋希文（1970－），男，山东沂源人，北京科技大学在读博士生，主要从事新型陶瓷材料及燃料电池的研究工作。(E-mail:songxiwen@x263.net)宋希文等：Gd2O3掺杂CeO2－δ固体电解质的电化学性能研989试电压为100mV，测试气氛为空气。测试温度范围线上无相应的半圆弧出现。由图1还可以看出，随着为513~900℃，在同一温度下测试多次，直至出现相测试温度的升高，每种过程的相应频率均增大，相应同的测量曲线。利用式（1）来计算电导率。的时间常数是减小的。σ=LAR（1）3.2材料的晶格电导率、晶界电导率、总电导

8、率及电－1导活化能式中，σ为材料的电导率，Scm；L为固体电2由于每种电极过程或电解质过程（晶格和晶界）解质的厚度，cm；A为电极面积，cm；R为测试