固体氧化物燃料电池的电解质及电极材料的电导率研究-中国工程科学.PDF

固体氧化物燃料电池的电解质及 电极材料的电导率研究方法 贺贝贝，潘 鑫，夏长荣 （中国科学技术大学，中国科学院能量转换材料重点实验室，合肥230026 ） [摘要] 论述了晶体材料，重点是固体氧化物燃料电池组件的导电机理，介绍了影响电导率的几个因素。针 对不同的电解质和电极材料，讨论了几种常用的测量电解质和电极总电导率、电子电导率以及离子电导率的 方法，并指出在测量中需要注意的问题。 [关键词] 导电机理；电解质；电极；电导率；固体氧化物燃料电池 [中图分类号] TM911.4 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742（2013）02-0057-09 于晶体点阵中基本离子的运动，称为离子固有电导 1 前言 或本征电导。这种离子随着自身热振动的加剧而 材料的电导性能是决定其用途的一个重要因 离开晶格阵点，形成热缺陷。热缺陷的浓度随温度 σ 素。例如，固体氧化物燃料电池（SOFC）的电解质 的升高而增大，因此本征电导率 与温度的关系可s 必须具有足够高的氧离子电导率，而电子电导率必 用式（1）表示 -E 须很小；相反，SOFC 电极材料应同时具有较高的电 σ =A exp( )s s s （1） KT 子电导率和一定的离子电导率。因此，材料电导性 式中，A 与E 均为材料的特性常数；K 为玻尔兹曼常 s s 能的测定和研究具有重要意义。 数；T 为绝对温度。E 与可迁移的离子从一个空位 s 2 晶体材料的导电机理 跳到另一个空位的难易程度有关，通常称为离子激 A 活能（或活化能）；而 取决于可迁移的离子数，即s 在外加电场的影响下，材料中的电子或带电荷 离子从一个空位移动到另一个空位的距离以及有 的离子定向移动产生电流。稳定的氧化锆（ZrO ）是 2 效的空位数目。 [1] 目前使用最广泛的SOFC 电解质材料 ，其晶体结构 第二类离子电导是由结合力比较弱的离子运动 存在一定的氧离子空位，因此，氧化锆系列固体电解 造成的，这些离子主要是杂质离子，因而称为杂质电 质是以氧离子空位作为载流子进行导电的。要提高 导。杂质离子载流子的浓度取决于杂质的数量和种 其电导率，必须要有足够多的氧离子空位，且氧离子