avatar avatar 我的文献 CaB1-xMxO3-δ(B=Zr、Hf;M=In、Sc)、SrCe0.9Y0.1O3-δ、Ba3Ca1.18Nb1.82O9-δ质子导体的制备及性能研究 作者 李宁 单位 东北大学 导师 厉英 关键词 CaHf<sub>1-x</sub>Sc<sub>x</sub>O<sub>3-δ</sub>; 质子导体; 电导率; 质子迁移数
摘要
高温质子导体材料在高温下呈现质子导电,是一种具有广阔应用前景的功能材料,可以应用在燃料电池、传感器、合成氨、核工业等领域。质子导体种类较多,在其性能上各具特点,但是目前尚无一种兼具高质子迁移数及高电导率的质子导体材料,限制了质子导体的进一步应用。因此,本研究根据质子导体的结构与导电性规律,提出制备一种新型的兼具高质子迁移数及高电导率的质子导体材料 CaH1-xScxO3-δ。研究制备不同掺杂量的CaHf1-xScxO3-δ材料,探索其制备工艺,研究其物相组成、电导率、电导激活能、质子迁移数等性能。另外制备的CaZr0.9In0.1O3-δ,CaZr0.9Sc0.1O3-δ,Ba3Ca1.18Nb(1.82O9-δ,SrCe0.9Y0.103-δ质子导体材料,研究对比CaHf1-xScxO3-δ与这些现有材料的性能特点。为新型质子导体的开发提供了理论依据与实验探索,为新型质子导体的应用提供了实验数据,具有重要的科学意义与现实价值。本研究得到了如下成果:(1)研究提出了研制一种新型的质子导体材料CaHf1-xScxO3-δ,采用固相合成法制备了 CaHf1-xScxO3-δ(x=0,x=0.1,x=0.2,x=0.3),XRD 分析结果表明,1100℃锻烧 10h可以合成CaHf1-xScxO3-δ材料。(2)电化学阻抗谱分析结果表明,在Ar-H2混合气氛中400~900℃,CaHf1-xScxO3-δ样品的电导率均随着温度的提高而增大。Sc的掺杂可以显著提高CaHfO3基材料的电导率,当Sc掺杂量x=0.1时,CaHf1-xScxO3-δ样品的电导率达到最大为1.88�10-3S/cm,Sc掺杂量x=0.1,为CaHf1-xScxO3-δ材料的最佳掺杂量。(3)在质子导体的制备过程中,增大CaHf1-xScxO3-δ材料的晶粒尺寸,减少晶界面积,有利于提高CaHf1-xScxO3-δ材料的电导率。(4)电导率的Arrhenius线性拟合结果表明,得出在本实验条件下CaHf1-xScxO3-δ(x=0、0.1、0.2、0.3)的电导激活能Ea 分别为:0.66eV、0.35eV、0.37eV、0.34eV。(5)电导率分析结果表明,在 CaHf0.9Sc0.1O3-δ、CaZr0.9Sc0.1O3-δ、Ba3Ca1.18Nb(1.82O9-δ、SrCe0.9Y0.1O3-δ样品中,CaHf0.9Sc0.1O3-δ、CaZr0.9Sc0.1O3-δ样品在 400~900℃整个温度段,电导率均较高,CaHf0.9Sc0.1O3-δ的电导率高于CaZr0.9Sc0.1O3-δ,在550~900℃的范围内CaHf0.9Sc0.1O3-δ的电导率最高,当温度低于550℃时,CaHf0.9Sc0.1O3-δ电导率仅略低于Ba3Ca1.18Nb(1.82O9-δ的电导率,因此,CaHf0.9Sc0.1O3-δ为本研究制备的最佳质子导体材料。(6)质子迁移数分析结果表明,CaZr0.9In0.1O3-δ在500-750℃之间质子迁移数t>0.9,几乎为纯质子导体材料。CaHf0.9Sc0.1O3-δ在500-850℃之间t>0.9,几乎为纯质子导体材料。研究开发的CaHf0.9Sc0.1O3-δ材料的工作温度范围较大,质子导电性能明显优于CaZr0.9In0.1O3-δ 材料。
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