CeO2基极限电流氧传感器的研究.pdf

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1、2012年第31卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)45CeO2基极限电流氧传感器的研究吴翔，周贞，简家文(宁波大学信息科学与工程学院，浙江宁波315211)摘要：采用Gd掺杂的CeO(ce。8Gdol2O9，CGO)粉体，干压成型后于空气气氛下1450℃烧结4h。通过物理特性分析，发现在该烧结制度下烧结成型的样品基本满足氧传感器对敏感材料的要求。制备了一种新型结构的致密扩散障型极限电流氧传感器。经测试，发现该传感器在较高氧体积分数范围内有较好的极限电流特性，并为此建立了相关的理论模型，较好地解释了此类

2、传感器极限电流和氧体积分数的关系。关键词：极限电流氧传感器；CeO；固体电解质；致密扩散障中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)0l_0045-03StudyofCeO2-basedlimitingcurrentoxygensensorWUXiang，ZHOUZhen，JIANJia—wen(SchoolofInformationScience&Engineering，NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：TheGddopedCeO2(Ce08Gd02Ol9，CGO)is

3、usedinthisexperiment．TheCGOpowderissinteredinairat1450oCfor4hafterdry-pressing．Thesamplesinteredunderthissinteringsystembasicallymeettherequirementofthesensitivematerialforoxygensensorafteritsphysicalpropertiesbeinganalyzed．Anewtypeoflimitingcurrentoxygensensorwithadensediffusionbarri

4、erisprepared．Accordingtothetest，thesensorshowsbetterlimitingcurentpropertyinhigheroxygenvolumefraction，andarelatedtheoreticalmodelisestablished，whichcanexplaintherelationshipbetweenthelimitingcurrentandtheoxygenvolumefractionofthissensorwel1．Keywords：limitingcurentoxygensensor；CeO2；so

5、lidelectrolyte；densediffusionbarrier0引言传感器，在长期的使用过程中，由于其扩散障内的孔隙会出目前，制备固体氧传感器的敏感材料主要以Y稳定的现变形和气体中固体颗粒物堵塞的现象，从而造成此类传氧化锆(YSZ)固体电解质材料为主。但YSZ需要在较高的感器性能的下降与失效’。而混合导体致密扩散障型氧工作温度下才具有较好的离子电导率⋯，而高温会带来诸传感器则采用了无孔结构，克服了上述不足，并且具有工艺如界面反应、热膨胀不匹配、加热器能耗高等问题，限制了简单的优点，但也存在制备扩散障的混合导体材料与制备氧传感器性能的提升。近年来，Gd和S

6、m掺杂的CeO固氧传感器敏感部分的固体电解质材料热学参数匹配的问体电解质被认为是较为理想的中温替代材料。与YSZ相题。本文仅采用Gd掺杂的CeO(ce㈣Gd。。Ol9，CGO)比，在相同条件下该固体电解质具有更高的离子电导固体电解质制备了一种平板结构的致密扩散障型极限电流率，并且从室温到熔点具有稳定的立方萤石结构，目前氧传感器，克服了以上两种结构带来的不足，并对其传感器对将掺杂的CeO固体电解质应用于固体燃料电池(SOFC)工作原理进行了分析。氧离子导体的研究较多J，并且工作温度可比YSZ固体1传感器的制备电解质降低100-200℃，但作为固体氧传感器的敏感材料实

7、验采用纯度为99．9％、粒径约11nm的CGO造粒粉则较少见报道。体0．3g(广东惠州瑞尔化学科技有限公司)，放入10mm另外，极限电流型固体氧传感器根据扩散障结构的不钢制模具，在62．5MPa的单轴压力下压制成圆片生坯体，同，可以分为孔隙扩散障型(包括小孔扩散障型、多孔扩散于1450cC空气气氛烧结4h得到CGO烧结圆片。烧结成障型)和混合导体致密扩散障型等。对于孔隙扩散障型氧型后样品尺寸为4,6．94mm×0．92mm，可知其径向线收缩收稿日期：2011-07-02基金项目：国家自然科学基金资助项目(60971074)；浙江省自然科学基金资助项目(Y10804

8、30)传感