MP2O7(M=Ti,Sn)基陶瓷的制備、導(dǎo)電性及應(yīng)用.pdf

1、燃料電池是一種能直接高效的將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W(xué)裝置。傳統(tǒng)的高溫質(zhì)子導(dǎo)體ACeO3(A=Sr,Ba),AZrO3(A=Ca,Sr,Ba)和氧離子導(dǎo)體(YSZ)都已廣泛應(yīng)用于燃料電池電解質(zhì)，但是，他們的工作溫度均高于600°C，這不僅會導(dǎo)致電解質(zhì)中金屬氧化物的揮發(fā)，也難以密封裝置。在中溫(100–600°C)下工作的離子導(dǎo)體不僅密封材料及連接材料有較好的選擇性，同時水、熱管理較容易。
　　最近，一類新型中溫?zé)o機固態(tài)離子導(dǎo)體—AP

2、2O7(A=Sn,Ti,Ge,SiZr)因在100–600°C下具有良好的離子導(dǎo)電性能而引起了人們的極大興趣。但至今未見Ti1-xZnxP2O7系列陶瓷樣品以及Al3+摻雜的SnP2O7-SnO2復(fù)合陶瓷材料電化學(xué)性能的報道?；谝陨锨闆r，本論文主要對MP2O7(M=Ti、Sn)基導(dǎo)電材料的中溫電性能進(jìn)行了研究。主要研究工作及結(jié)果如下：
　　（1）第一章—緒論。簡要介紹了一些典型的固體電解質(zhì)材料、無機質(zhì)子導(dǎo)體，有關(guān)的缺陷化學(xué)及傳導(dǎo)

3、機制、應(yīng)用等。概述了MP2O7(M=Ti、Sn)基中溫電解質(zhì)材料的研究背景，提出了本論文的研究內(nèi)容及研究意義。
　?。?）第二章—Ti1-xZnxP2O7的制備及中溫電性能研究。研究了磷與金屬離子的初始摩爾比例Pini/(Ti4++Zn2+)對樣品致密度的影響。采用水熱法合成Pini/(Ti4++Zn2+)=2.2樣品Ti0.92Zn0.08P2O7的致密度要高于Pini/(Ti4++Zn2+)=2.4樣品Ti0.92Zn0.08

4、P2O7的致密度。因此，采用水熱法合成了Ti1-xZnxP2O7(x=0.00,0.04,0.08,0.12)系列陶瓷樣品(Pini/(Ti4++Zn2+)=2.2)。
　　摻雜離子濃度x對樣品電導(dǎo)率有顯著的影響：采用水熱法合成的系列樣品的電導(dǎo)率：σ(x=0.00)<σ(x=0.04)<σ(x=0.12)<σ(x=0.08)。這表明，Ti1-xZnxP2O7的摻雜限度為8mol%。樣品Ti0.92Zn0.08P2O7在空氣和氫氣中

5、600°C下，電導(dǎo)率達(dá)到最大值3.53×10-5S·cm-1和2.45×10-3S·cm-1。
　?。?）第三章—典型樣品Ti0.92Zn0.08P2O7的制備及中溫電性能研究。固相法合成的典型樣品Ti0.92Zn0.08P2O7在空氣和氫氣氣氛中600°C下電導(dǎo)率達(dá)到最大值：1.36×10-5S·cm-1,2.16×10-3S·cm-1。采用固相法合成的樣品的電導(dǎo)率和致密度都要低于水熱法合成的樣品的電導(dǎo)率和致密度，這可能與不同的

6、合成方法有關(guān)。
　?。?）第四章—致密的5%Al3+摻雜的SnP2O7-SnO2復(fù)合陶瓷在中溫燃料電池中的應(yīng)用。本章首先制備了未摻雜和5%(摩爾分?jǐn)?shù))Al3+摻雜SnO2的多孔性基片,然后將基片與85%的H3PO4在600°C下反應(yīng),分別得到了致密的未摻雜和5%Al3+摻雜的SnP2O7-SnO2復(fù)合陶瓷樣品。采用X射線衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM), X射線能量色散譜(EDS)測試方法對樣品進(jìn)行了表征,采用電化學(xué)阻抗譜

7、法(EIS)測試了樣品在中溫(100–250°C)下,濕潤空氣和濕潤氫氣氣氛中的電導(dǎo)率。結(jié)果表明,在濕潤空氣和濕潤氫氣中,5%Al3+摻雜的SnP2O7-SnO2復(fù)合陶瓷樣品的電導(dǎo)率均高于未摻雜的SnP2O7-SnO2復(fù)合陶瓷樣品的電導(dǎo)率,且該復(fù)合陶瓷樣品在濕潤空氣和濕潤氫氣中250°C下,電導(dǎo)率分別達(dá)到最大值：4.30×10-2S·cm-1,6.25×10-2S·cm-1,高于至今報道的SnP2O7-SnO2基復(fù)合陶瓷及SnP2O7基