固化电解材料的组配和烧材电池功能

  　　1实验部分　　Ba1 03Ce0. 8Gd 0. 2O3-样品的高温固相法合成步骤为：按化学式中各金属离子的摩尔比称量所需量的Ba（ CH 3 COO）2（ 99. 9%） ， CeO 2（ 99. 9%） ， Gd 2 O 3（ 99. 9%） ，湿式混合，烘干，灼烧，用不锈钢模具压制成柱状，在高温箱式电炉中1 250下预烧10h.产物经星式微粒粉碎机湿式球磨5h，烘干，过筛（ 100目） ，在模具中以2 102 MPa等静水压力压制成直径约为20mm的薄片，置于电炉内，在空气中1 650下烧结10h.　　Ba 1 03 Ce 0 8 Gd 0 2 O 3-样品的溶胶凝胶法合成步骤为：按所需摩尔比称量Ba （ CH 3 COO ）2、Ce（ CH 3 COO）3、Gd 2 O 3溶于盐酸溶液中，加热使之溶解，再加入柠檬酸水溶液（柠檬酸与总金属离子的摩尔比约为2 1） ，加入适量氨水，调节pH值至8 9，充分搅拌，加热，使柠檬酸与金属离子充分配位，形成无色透明的溶胶，继续加热形成凝胶。凝胶蒸发后为淡黄色固体，用玛瑙研钵研磨后用不锈钢模具压成圆柱体，置于电炉中，在空气气氛中1 250灼烧10h.样品取出后球磨5h，以红外灯烘干，过100目筛。以2 10 2M Pa等静水压力压制成直径约为18mm的圆片，置于电炉中、空气氛围中1 450烧结10h.　　用D/ MAX IIIC型X射线粉末衍射仪进行烧结体的结晶相表征， N i滤光片， Cu靶（ = 0. 154 18nm），管压40kV，管流35mA，扫描速率0. 02 / s，扫描范围2 ： 20 80 .　　将两种方法制得的烧结体加工为直径14mm、厚度0. 6mm的薄片，作为电解质隔膜，两侧中心涂以铂黑（ 0. 5cm2） ，分别粘上铂网及铂丝，上下两个密闭气室分别通入湿润的空气以及湿润的氢气，组成如下的燃料电池：（ wet） H 2， Pt| Ba 1. 03 Ce 0. 8 Gd 0. 2 O 3- | Pt， Air（ wet）测定燃料电池在600 1 000下的电压-电流特性。　　2结果与讨论　　2. 1样品的结晶相　　1 Ba 1 03 Ce 0 8 Gd 0 2 O 3-烧结体的粉末XRD谱图由1可见，用两种方法合成的Ba 1 03 Ce 0 8 Gd 0 2 O 3-烧结体与JCPDS卡的BaCeO3斜方晶标准图谱相一致。高温固相法合成的样品：晶胞参数a= 0.878 7nm， b= 0.620 8nib， c= 0. 620 7nm，晶胞体积v= 0. 338 6nm 3，相对密度= 93. 0%.溶胶-凝胶法合成的样品：晶胞参数a= 0. 878 6nm，b= 0. 620 8nm， c= 0. 620 8nm，晶胞体积v = 0. 338 6nm 3，相对密度为93. 1% .用两种方法合成的样品具有几乎相同的晶胞参数和相对密度，但溶胶-凝胶法合成样品的衍射峰存在着不同程度的分化以及固体合成样品的峰尖锐，这可能是由于粒子超细化所致的。溶胶-凝胶法合成的粉体的烧结温度为1 450 ，比高温固相法的烧结温度（ 1 650 ）降低了200 .这是由于用溶胶-凝胶法合成陶瓷样品的前驱体时，各金属离子与柠檬酸生成了稳定的配合物，在原子水平上混合得很均匀，所得粉体组成均匀、细微，进一步烧制陶瓷时，所需烧结推动力小于高温固相法的烧结推动力，从而大大降低了烧结温度。　　2. 2燃料电池性能　　固体氧化物燃料电池（ SOFC）因其发电效率高、无污染、对环境友好、长寿命等显著优点而被称为21世纪的新型绿色电源。目前用于SOFC的固体电解质为： （ 1）氧离子导体，如掺杂的氧化锆、氧化铈、氧化铋、镓酸镧等系列； （ 2）质子导体，如SrCeO3基复合氧化物； （ 3）混合离子（质子+氧离子）导体，如BaCeO 3基氧化物。这三类电池的主要区别是生成水的位置不一样，氧离子导体燃料电池在燃料一侧生成水，质子导体燃料电池在氧气一侧生成水，混合离子（质子+氧离子）导体燃料电池在燃料及氧气侧同时生成水。　　掺杂稀土离子的BaCeO3在氢-空气燃料电池条件下，质子和氧离子同时通过电解质反向传导，在阳、阴极发生如下的电极反应：　　阳极： 2H 2 + O 2- 2H + + H 2 O（ A） + 4e -（ 2. 1）阴极： O 2 + 2H + H 2 O（ C） + O 2-（ 2. 2）电池反应： 2H 2 + O 2 H 2 O（ A） + H 2 O（ C）（ 2. 3）燃料电池的理论电动势E cal可由如下的Nernst方程计算：E cal = RT 4F ln Kp 2 H 2（ A）p O 2（ C）p H 2 O（ A）p H 2 O（ C）（ 2. 4）式中K为式（ 2. 3）在相应温度下的平衡常数， p H 2（ A）和p O 2（ C）分别为阳极氢气分压、阴极氧气分压， p H 2 O（ A）、p H 2 O（ C）分别为阳、阴极气室的水蒸气分压。　　2（ a）和（ b）分别为固相法及溶胶-凝胶法合成样品的氢-空气燃料电池的放电曲线。在600 1 000温度范围内，溶胶-凝胶法合成样品的燃料电池**的短路电流密度为320 mA cm - 2，远高于固相法合成样品燃料电池**的短路电流密度（ 190mA cm - 2） .这是由于溶胶-凝胶法合成样品具有更加均匀的组成、细微的晶粒，有利于提高燃料电池的性能。　　3结论　　分别用高温固相反应法及溶胶-凝胶法合成了Ba 1 03 Ce 0 8 Gd 0 2 O 3-固体电解质，均为单一ABO 3钙钛矿型斜方晶结构，用溶胶-凝胶法合成粉体的烧结温度比高温固相法的烧结温度降低了200 ，其燃料电池性能也远高于固相法合成样品的燃料电池。这是由于用溶胶-凝胶法合成的样品组成均匀、晶粒细微，有利于降低烧结温度和提高燃料电池的性能。                             来源:http://www.edianchi.com/news/html/Tech/9387.html