MP2O7(M=Ti,Sn)基陶瓷的制备、导电性及利用.pdf

MP O (M = Ti, Sn) 基陶瓷的制备、导电性及应用 中文摘要 2 7 中文摘要 燃料电池是一种能直接高效的将化学能转变为电能的电化学装置。传统的高 温质子导体ACeO (A = Sr, Ba), AZrO (A = Ca, Sr, Ba)和氧离子导体(YSZ)都已广泛 3 3 应用于燃料电池电解质，但是，他们的工作温度均高于 600 °C，这不仅会导致电 解质中金属氧化物的挥发，也难以密封装置。在中温(100–600 °C)下工作的离子导 体不仅密封材料及连接材料有较好的选择性，同时水、热管理较容易。 最近，一类新型中温无机固态离子导体—AP O (A = Sn, Ti, Ge, Si, Zr) 因在 2 7 100–600 °C 下具有良好的离子导电性能而引起了人们的极大兴趣。但至今未见 Ti Zn P O 系列陶瓷样品以及Al3+掺杂的SnP O -SnO 复合陶瓷材料电化学性能 1-x x 2 7 2 7 2 的报道。基于以上情况，本论文主要对MP O (M = Ti、Sn)基导电材料的中温电性 2 7 能进行了研究。主要研究工作及结果如下： （1）第一章—绪论。简要介绍了一些典型的固体电解质材料、无机质子导体， 有关的缺陷化学及传导机制、应用等。概述了MP O (M = Ti、Sn)基中温电解质材 2 7 料的研究背景，提出了本论文的研究内容及研究意义。 （2 ）第二章—Ti Zn P O 的制备及中温电性能研究。研究了磷与金属离子的 1-x x 2 7 初始摩尔比例Pini/(Ti4++Zn2+)对样品致密度的影响。采用水热法合成Pini/(Ti4++Zn2+) = 2.2 样品Ti Zn P O 的致密度要高于P /(Ti4++Zn2+) = 2.4 样品Ti Zn P O 0.92 0.08 2 7 ini 0.92 0.08 2 7 的致密度。因此，采用水热法合成了Ti Zn P O (x = 0.00, 0.04, 0.08, 0.12)系列陶 1-x x 2 7 瓷样品(Pini/(Ti4++Zn2+) = 2.2) 。 掺杂离子浓度 x 对样品电导率有显著的影响：采用水热法合成的系列样品的 电导率：σ (x = 0.00) σ (x = 0.04 ) σ (x = 0. 12) σ (x = 0.08) 。这表明，Ti Zn P O 1-x x 2 7 的掺杂限度为8 mol% 。样品Ti Zn P O 在空气和氢气中600 °C 下，电导率达 0.92 0.08 2 7 -5 -1 -3 -1 到最大值3.53 ×10 S·cm 和2.45×10 S