MoO3掺杂对高纯Zr0.84Y0.16O1.92体系结构和电性能的影响

论文摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高效、清洁及安全可靠,同时具有功率密度高、全固态结构、燃料适用范围广、对环境污染小等优点已成为燃料电池研究领域的热点课题。ZrO2基电解质材料具有较高的离子传导性和较低的电导活化能,被认为是最有前途的SOFC电解质材料。然而,ZrO2基电解质材料要获得较高的致密度须1600℃以上的高温烧结,这不仅增加了电解质材料的制备成本,同时加速了燃料电池系统的老化,因此在较低烧结温度下获得更高致密度的ZrO2基电解质材料成为人们研究的重点。研究表明,将少量的MoO3加入到Nd2O3或Gd2O3掺杂CeO2体系中,MoO3可以起到烧结助剂的作用。然而,关于MoO3掺杂到Zr0.84Y0.16O1.92体系（以下简称8YSZ体系）,是否可以作为烧结助剂,以及MoO3的最佳掺杂量和最佳烧结温度却很少有报道。本文以MoO3掺杂8YSZ体系为研究对象,重点讨论不同烧结温度及不同MoO3掺杂量对8YSZ体系的结构和电性能的影响,证实MoO3掺杂8YSZ体系可起到烧结助剂的作用,并进一步确定MoO3掺杂8YSZ体系的最佳烧结温度及MoO3的最佳掺杂量。本论文的主要研究内容为：采用柠檬酸硝酸盐法合成高纯（SiO2<50mg/kg）的Zr0.84Y0.16O1.92（8YSZ）电解质,在其基础上制备8YSZ+xMoO3（0.00≤x≤0.07）体系。通过X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对材料进行表征,采用交流阻抗谱（AC）测试材料的电性能。以掺杂0.05%（摩尔分数）MoO3的8YSZ体系为研究对象,分别在1350℃、1450℃及1550℃下烧结20h,讨论不同烧结温度对体系的结构和电性能的影响,进而确定最佳烧结温度；进一步,以8YSZ+xMoO3（0.00≤x≤0.07）体系为研究对象,分别在1350℃、1450℃和1550℃下烧结20h,讨论不同MoO3掺杂量对体系的结构和电性能的影响,进而确定MoO3的最佳掺杂量,同时确定MoO3是否可起到烧结助剂的作用。结果表明：（1）在高纯8YSZ体系中,MoO3掺杂的最佳烧结温度为：1450℃。在掺入M003后体系仍保持立方莹石型结构；MoO3掺杂能提高8YSZ体系的致密度和晶粒尺寸,同时显著提高体系的晶界电导率和总电导率；1350～1450℃之间是样品烧结的活性区,1450～1550℃之间是样品烧结的终止区。MoO3掺杂8YSZ固体电解质具有降低体系烧结温度,提高致密度,促进晶界移动起到烧结助剂的作用。（2）在高纯8YSZ体系中,MoO3掺杂的最佳量为：0.05m01%（摩尔分数）。掺杂MoO3的样品晶粒和致密度均增加,在掺量为0.05mo1%时达到最大；由于Mo03的熔点较低,烧结过程中熔化为液相,起到晶粒间浸润剂的作用,同时在晶粒表面张力的作用下,使得晶粒间位置发生变化并彼此接触,加快了晶界移动,使得晶粒间的连接更紧密,从而提高烧结速度,促使样品晶粒尺寸和致密度的增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.2 燃料电池
• 1.3 固体氧化物燃料电池
• 1.4 固体氧化物燃料电池电解质材料的研究现状
• 1.5 全稳定氧化锆缺陷组成和电导性能
• 3的结构及应用'>1.6 MoO₃的结构及应用
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要化学试剂
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 样品的制备
• 2.4 材料的结构表征与性能测试
• 0.84Y_0.16O_1.92+xMoO₃（0.00≤x≤0.07）体系结构和电性能的影响'>第三章 烧结温度对Zr_0.84Y_0.16O_1.92+xMoO₃（0.00≤x≤0.07）体系结构和电性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 3掺量对Zr_0.84Y_0.16O_1.92+xMoO₃（0.00≤x≤0.07）体系结构和电性能的影响'>第四章 MoO₃掺量对Zr_0.84Y_0.16O_1.92+xMoO₃（0.00≤x≤0.07）体系结构和电性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 样品的制备
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果