钙钛矿型质子导体的制备、性能及电导率研究

论文摘要

1981年,Iwahara发现了掺杂的SrCeO3基烧结氧化物质子导电,Nowick在1993年发现了复合钙钛矿型质子导体A2（B’B"）O6和A3（B’B"）O9。之后钙钛矿型高温质子导体成为了各国学者研究者的热点之一,但目前关于质子导体的结构性能、制备工艺的理论还不成熟。本课题采用高温固相化合反应法,在1400℃下煅烧10h合成了BaCe0.85Y0.15O3-α、CaZr0.9In0.1O3-α两种简单钙钛矿型质子导体和Ba3Ca1.25Nb1.75O9-δ、Ba3Ca1.18Nb1.82O9-δ、Ba3Ca1.1Nb1.9O9-δ复合钙钛矿导体粉体。采用等静压和热压铸两种工艺对其做成型处理。最后,在1550℃下烧结10h制备出BaCeo.85Y0.15O3-α、CaZr0.9In0.1O3-a管以及BaCe0.85Y0.15O3-α、Ba3Ca1.25Nb1.75O9-δ、Ba3Ca1.18Nb1.82O9-δ、Ba3Ca1.1Nb1.9O9-δ片。本课题对制备质子导体的原料,煅烧合成的质子导体粉料及压制烧结后的质子导体管、质子导体片进行了一系列性能表征。XRD物相分析表明合成了预期的BaCe0.85Y0.15O3-α、CaZr0.9In0.1O3-α、Ba3Ca1.25Nb1.75O9-δ、Ba3Ca1.18Nb1.82O9-δ、Ba3Ca1.1Nb1.9O9-δ五种质子导体粉体。通过激光散射法分析煅烧前和煅烧后粉体的平均粒径,以及煅烧前混合粉体的DTA, TG分析说明通过延长球磨时间可以使晶粒细化,降低合成温度。密度、气孔率和气密性的测定表明,CaZr0.9In0.1O3-α管和BaCe0.85Y0.15O3-α管具有良好的致密性,其中,热压铸方法制备的CaZr0.9In0.1O3-α管和BaCe0.85Y0.15O3-α管相对密度分别为94.4%及96.96%,等静压方法制备的CaZr0.9In0.1O3-α管和BaCe0.85Y0.15O3-α管相对密度分别为96.0%及95.48%；电化学阻抗谱的测定表征了BaCe0.85Yo.15O3-α、Ba3Ca1.25Nb1.75O9-δ、Ba3Ca1.18Nb1.82O9-δ、Ba3Ca1.1Nb1.9O9-δ质子导体的导电性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 固体电解质工作原理
• 1.1.1 固体电解质
• 1.1.2 质子导体
• 1.1.3 钙钛矿型质子导体
• 1.2 研究背景
• 1.3 质子导体的应用前景
• 1.4 本实验的研究意义及内容
• 第2章 单一钙钛矿质子导体的制备及性能研究
• 2.1 制备方法的选择
• 2.1.1 粉体的制备方法
• 2.1.2 成型方法
• 2.1.3 质子导体烧结
• 2.1.4 工艺流程
• 0.85Y_0.15O_3-α的制备及性能研究'>2.2 BaCe_0.85Y_0.15O_3-α的制备及性能研究
• 2.2.1 粉体的制备
• 2.2.2 质子导体管的成型
• 2.2.3 质子导体管的烧结
• 2.2.4 质子导体管的致密度测定
• 0.9In_0.1O_3-α的制备及性能研究'>2.3 CaZr_0.9In_0.1O_3-α的制备及性能研究
• 2.3.1 粉体的制备
• 2.3.2 质子导体管的成型
• 2.3.3 质子导体管烧结
• 2.3.4 质子导体管的致密度测定
• 2.4 小结
• 第3章 复合钙钛矿质子导体的制备及性能研究
• 3.1 原料的准备
• 3.2 粉体的制备
• 3.3 质子导体的烧结
• 3.4 小结
• 第4章 电化学阻抗谱的测定及分析
• 4.1 电化学阻抗谱的原理
• 4.2 阻抗谱测量的实验装置
• 4.3 质子导体片电极的制备
• 4.4 电化学阻抗谱分析
• 3Ca_0.10Nb_1.90O_9-δ的阻抗分析'>4.4.1 Ba₃Ca_0.10Nb_1.90O_9-δ的阻抗分析
• 3Ca_1.18Nb_1.82O_9-δ阻抗的分析'>4.4.2 Ba₃Ca_1.18Nb_1.82O_9-δ阻抗的分析
• 0.85Y_0.15O_3-α阻抗的分析'>4.4.3 BaCe_0.85Y_0.15O_3-α阻抗的分析
• 4.5 电导率结果的讨论
• 4.6 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录