论文部分内容阅读
固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,简称SOFC）能够直接将化学能转化为电能,由于其清洁无污染、工作效率较高等特性而引起研究者们的广泛关注。电解质作为燃料电池的核心部件,不仅要具有优异的载流子传输能力、与阴阳极材料良好的结合能力等,还要表现出较好的力学性能,才能避免燃料电池在制备和使用过程中由于热应力而导致的开裂等问题。本文研究了具有萤石结构的钐、钕共掺杂的氧化铈（SNDC）与磷灰石结构的硅酸镧（LSO）复合材料的制备以及电学、力学性能。通过甘氨酸-硝酸盐自蔓延燃烧法制备了钐、钕共掺杂的氧化铈粉体(Ce0.8Sm0.1Nd0.1O2-δ,简称SNDC)。结合溶胶凝胶法与酸洗技术制备了硅酸镧粉体(La10Si6O27,简称LSO)。以SNDC为基体材料,向其中添加不同质量的LSO粉体（LSO与SNDC质量比为0:100、3:97、5:95、10:90、20:80、30:70、50:50、100:0）球磨混合,并在不同温度下烧结,得到了相对致密的块体。采用电化学交流阻抗技术测试了试样的电导率,并分析了烧结温度及LSO含量对复合材料的晶粒电导率、晶界电导率、总电导率的影响。研究发现1600℃烧结的样品具有最高的电导率,且LSO的加入有效降低了复合材料的晶界电阻,其中,LSO添加量为5wt%时,复合材料的总电导率比SNDC提高了5%。采用压痕法、三点弯曲法分别测试样品的断裂韧性及抗弯强度,并分析了它们与LSO添加量的关系。研究发现当LSO添加量为5wt%时,复合材料的断裂韧性比SNDC提高了25%。当LSO添加量为7wt%时,复合材料的抗弯强度为242±48MPa,比SNDC提高了71%。由此可知,通过制备复合材料同时提高了氧化铈材料的电学和力学性能,使其在中低温燃料电池电解质方面具有很大潜力。