氧化物燃料电池固态电解质二氧化铈开题答辩ppt

1、Copyrights 2007 AUX Group 晶界包覆对CeO2基固态电解质导电行为的影响Copyrights 2007 AUX Group 报告内容报告内容研究背景与现状研究背景与现状目的和意义目的和意义主要研究内容及实施方案主要研究内容及实施方案现阶段实验进展及困难现阶段实验进展及困难预期效果预期效果Copyrights 2007 AUX Group 界面空间电势的形成：界面空间电势的形成： CeO2 基固态电解质的晶粒表面和界面由大量含有氧缺位的不完整氧八面体组成，氧空位的富集使晶粒表面或界面形成正电势。该正电势对晶粒边缘区内的载流子氧空位 VO. 产生排斥作用，使晶粒边缘形成一个

2、低浓度的 VO.耗尽层，即空间电荷层。 图a 空间电荷层区域示意图图b 空间电荷层氧空位浓度示意图Copyrights 2007 AUX Group 界面空间电势的形成产生的影响：界面空间电势的形成产生的影响： 在高氧分压下掺杂CeO2 是一种纯离子导体，正的界面空间电势将对载流子氧空位产生排斥，使晶粒边缘空间电荷层内载流子浓度和晶界离子电导率相对于体相下降2-3 个数量级，成为制约多晶CeO2基固态电解质离子电导率提高的障碍。 在低氧分压下CeO2又具有一定的电子导电能力（混合导体），正的界面空间电势将使电子浓度和电子电导率极大提高。Copyrights 2007 AUX Group 降低影

3、响的方法：降低影响的方法： 当固溶异价元素（如在CeO2 内固溶Gd2O3 、Sm2O3）后，在固溶产生的弹性应力场和界面电势场的驱使下，带负电的代位离子GdCe或SmCe将向晶粒边界偏聚，该负电荷部分降低、但仍不足以完全消除界面区由氧空位富集而产生的正电势，界面仍保持氧空位VO.过剩而形成的正电势。 Copyrights 2007 AUX Group 现状：现状：uMongenson和Eguchi等人研究表明，碱土金属氧化物掺杂的CeO2电导率比稀土金属氧化物掺杂的CeO2电导率低。uToshiyuki通过掺杂少量碱土和稀土元素的CeO2Sm2O2显示了较高电导率，有效降低了CeO2还原氧分

4、压。uZhu Bing制备掺杂铈基电解质和各种盐的复合电解质(CSC)，这种两相复合材料可以同时传递氧离子和质子，可以提高材料的稳定性和电性能。Copyrights 2007 AUX Group l 目的： 通过异价金属离子晶界空间电势调控提高CeO2 基陶瓷的晶界离子电导率、能够灵活控制其离子电导与电子电导行为，为其他萤石型结构氧离子导体的界面空间电势调控奠定理论基础。l 意义： 通过“晶界包覆” 对CeO2 基固态电解质晶界元素进行掺杂和空间电势调控，有助于揭示空间电势调控过程中掺杂元素在晶界的存在形式、取代位置、空间电势的变化过程及其对导电行为的影响机制等科学问题。在此理论的基础上，继续

5、改善和提高CeO2基固态电解质的离子电导率、控制其离子电导与电子电导特性、改善其使用性能，推进其在应用领域的发展。Copyrights 2007 AUX Group 主要研究内容：主要研究内容： 研究掺杂元素对CeO2基体的结构、电性能、热膨胀性能的影响，并探索其烧结性能； 研究几种元素共掺杂对CeO2基电解质材料的晶体结构、电性能和热膨胀性能，特别关注各种元素在CeO2中的最佳包覆掺杂量； 对比不同烧结制度对掺杂元素在晶界区分布的影响；研究元素掺杂后长时间保温对该陶瓷电导行为稳定性和可靠性的影响。Copyrights 2007 AUX Group 实施方案：实施方案： 掺杂CeO2粉末晶体的

6、制备 以六水硝酸铈和六水硝酸钆为原料，以碳酸铵溶液为析出剂，采用共沉淀法制备出纳米级Gd掺杂CeO2粉末晶体。其中Gd掺杂CeO2粉末晶体是在80空气气氛下干燥24h、600空气气氛下煅烧2h获得。 掺杂CeO2包覆材料的制备及表征方案： 将Gd掺杂CeO2粉末晶体滴加到硝酸铁 、硝酸钴等溶胶中，搅拌，然后，在电热鼓风干燥箱烘干后，再在1000空气气氛下煅烧，最后，得到掺杂CeO2包覆材料。Copyrights 2007 AUX Group 显微结构分析及电导率的测量 采用XRD 技术分析所合成材料的物相组成、晶体结构、晶粒尺寸大小等；采用SEM观察掺杂CeO2包覆材料的表面形貌、致密度等；采

7、用TEM 分析包覆掺杂CeO2材料的晶粒尺寸以及包覆分布情况等。通过交流阻抗法分析包覆掺杂处理前后的电导率和电阻变化情况，同时，根据阻塞电极法计算和分析其离子迁移率变化情况，并根Arrhenius方程确定离子电导的激活能。Copyrights 2007 AUX Group 进展：进展： GDC纳米粉末XRD图Copyrights 2007 AUX Group GDC粉末压制成片后阻塞电阻的测量Copyrights 2007 AUX Group 主要困难：主要困难： 阻抗测试精度有待提高（电极设计，仪器操作等） 阻塞电极的制备 Copyrights 2007 AUX Group 采用包覆掺杂工艺制备CeO2基电解质材料，优化烧结工艺和掺杂元素的