质子导体BZYO电解质的制备和掺杂改性的研究

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本文通过浸渍法、溶胶凝胶法制备出两种Y掺杂BaZrO3电解质,它们对比在成相温度,微观形貌,烧结活性以及电解质性能上的差别。随后通过两种不同合成路径的浸渍法制备出Ni元素掺杂的BZYO电解质,并对Ni元素掺杂过后,该电解质的烧结活性和离子导电能力进行研究。首先通过浸渍法和溶胶凝胶法制备出白色的BaZr0.85Y0.15O3-δ(BZYO)粉末,通过对比发现,浸渍法制备出的BZYO电解质成相温度低,形貌规则、分散均匀,具有成本低、工艺简单的优点。浸渍法制备的BZYO电解质的相对密度在烧结温度为1550℃时达到89.3%,晶粒尺寸大,得到了致密性良好的电解质。烧结温度的升高提高了电解质的离子导电性能,在烧结温度1550℃,测试温度700℃下测得电导率为0.057 S/cm,此时的晶体活化能为0.446 eV。溶胶凝胶法制备的BZYO电解质晶粒尺寸更小,但具有更好的烧结活性,但由于更大的晶界阻抗,导致电解质欧姆阻抗增大,最大电导率在烧结温度1550℃,测试温度700℃下测得为0.00443 S/cm,此时的晶体活化能为0.6129 eV。为改善BZYO的烧结活性和离子导电性能,并探索一种廉价高效的制备路线,最后通过两种不同合成路径的浸渍法制备了Ni元素掺杂的Ni-BZYO电解质,通过Ni元素的掺杂,Ni-BZYO电解质的烧结活性和致密性有一定程度的提高,但是离子导电性能却略有下降,并且电导率随着Ni元素掺杂量增加而呈现先增后减的趋势。在Ni元素掺杂量0.5 wt%时,电解质致密性最好,电导率最高达0.0202 S/cm,此时晶体活化能为0.4138 eV。对比两种合成路径的浸渍法各项性能表征发现,一步反应的一次浸渍法比二次浸渍法具有更好的致密性和离子导电能力。
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