鋯酸鈣基固體電解質(zhì)材料的制備及性能表征.pdf

1、自從1981年Iwahara等發(fā)現(xiàn)摻雜Y的鈣鈦礦型氧化物SrCeO3具有質(zhì)子導(dǎo)電性以來，鈣鈦礦型固體電解質(zhì)已經(jīng)用于氫傳感器、燃料電池、氫泵等多種電化學(xué)裝置中。鈣鈦礦型固體電解質(zhì)中CaZrO3具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與燒結(jié)性能，是制作氫傳感器的首選材料。
　　在以往的工作中，發(fā)現(xiàn)CaZr1-xInxO3-α(x=0.05，0.10，0.15)的電導(dǎo)率隨摻雜量的增加而升高，但更高摻雜量無人涉及該方面工作;對于CaZr1-xScxO3-α(

2、x=0.05，0.10，0.15)的電導(dǎo)率，不同國家學(xué)者的測量值均不同;在質(zhì)子傳導(dǎo)時電子空位起著重大的作用，但對于摻雜量與電子空位導(dǎo)電性之間的關(guān)系，尚無人開展這方面的研究。所以本實驗開展了摻雜的In和Sc的CaZrO3材料的制備研究，采用固相燒結(jié)法分別燒結(jié)合成了CaZr1-xInxO3-α(x=0.05，0.10，0.15，0.20，0.30)、CaZr1-xScxO3-α(x＝0.05，0.10，0.15)，并對材料的性能進行了表征;

3、探索了不同摻雜量對于樣品電導(dǎo)率的影響，分別測量了離子電導(dǎo)率及在不同氧分壓下的電子空位電導(dǎo)率，分析了摻雜量對于離子電導(dǎo)率的影響，討論了電子空位電導(dǎo)率在不同氧分壓、不同摻雜量條件下的變化規(guī)律。
　　研究工作取得了如下成果:
　　1.燒結(jié)后的CaZr1-xMxO3-α(M=In，Sc)樣品的相對密度達到97％以上。SEM圖表明CaZr1-xMxO3-α(M=In，Sc)材料的微觀形貌致密。
　　2.測定了CaZr1-xMxO

4、3-α(M=In，Sc)固體電解質(zhì)在0.490％氫的氬氣氛中400～1400℃時的電導(dǎo)率。結(jié)果表明，CaZr1-xInxO3-α(0.05≤x≤0.30)的電導(dǎo)率隨著In摻雜量的增加而增加，CaZr1-xScxO3-α(0.05≤x≤0.15)的電導(dǎo)率在x=0.10時最大，比摻In的CaZrO3的電導(dǎo)率高。
　　3.經(jīng)過數(shù)據(jù)擬合與計算，得出了CaZr1-xMxO3-α(M=In，Sc)在低溫與高溫時的Arrhenius方程與電導(dǎo)激

5、活能。1000℃以下質(zhì)子導(dǎo)電為主時，電導(dǎo)激活能在0.8eV左右，1000℃以上氧離子導(dǎo)電為主時，電導(dǎo)激活能皆大于1.1eV。
　　4.測定了CaZr1-xMxO3-α(M=In，Sc)固體電解質(zhì)在不同氧分壓下600～1000℃時的電導(dǎo)率，得到了電子空位導(dǎo)電與摻雜、氧分壓的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)CaZr1-xInxO3-α(0.05≤x≤0.30)中x=0.10時，其電導(dǎo)率最高，CaZr1-xScxO3-α(0.05≤x≤0.15)中x=0.1