哈尔滨工业大学(深圳)理学院，广东 深圳 518055
质子导体固体氧化物燃料电池中的电解质是影响其性能和稳定性的关键。通过固相反应法制备了B位阳离子掺杂的BaCe0.9M0.1O3-δ(BCM，M=Sc、Y、Zr、Nb)质子导体陶瓷，通过材料表征和纳米压痕测试探究了B位掺杂对烧结特性和力学特性的影响规律。结果表明，三价离子掺杂会促进BCM烧结过程中颗粒的生长而高价离子掺杂则会抑制颗粒生长。在力学特性上，掺杂后的BCM的弹性模量随着同稳定价态掺杂元素(Sc和Y)的离子半径的增大而减小，随着不同稳定价态掺杂元素(Y、Zr和Nb)的价态的增加而减小。
固体氧化物燃料电池 质子导体电解质 力学特性 烧结特性 铈酸钡 solid oxide fuel cell proton conducting electrolyte mechanical properties sintering characteristic barium ceriate
1 1.西安交通大学 材料科学与工程学院 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 2.中山大学 化学工程与技术学院, 珠海 519082
本工作研究了Li2O作为烧结助剂对固体氧化物燃料电池La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM)电解质烧结行为的影响规律, 系统表征了烧结助剂含量和烧结温度对LSGM烧结体的致密度、微观组织结构、相组成以及离子电导率的影响。研究结果表明, Li2O烧结助剂不仅可显著降低LSGM电解质的完全致密化烧结温度, 还可以消除电解质粉体中原有的LaSrGa3O7杂相, 并且抑制常规烧结过程中易于产生的MgO杂相, 从而获得较高离子电导率的LSGM块体。当Li元素添加量为摩尔分数1%时, 在1400 ℃烧结4 h 获得的LSGM烧结体, 其体密度达到理论密度的99% 且为单一的钙钛矿结构。烧结体的离子电导率在800 ℃测试温度下达到最大值0.17 S/cm, 相比未添加烧结助剂的试样提升20%以上。上述结果表明, 通过添加适量的Li2O作为烧结助剂对制备用于中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)高离子电导率的电解质具有重要意义。
固体氧化物燃料电池 LSGM电解质 烧结助剂 烧结特性 离子电导率 solid oxide fuel cell LSGM electrolyte sintering aid sintering characteristics ionic conductivity
1 中国钢研科技集团有限公司，北京 100081
2 清华大学材料学院，北京 100084
3 钢铁研究总院，北京 100081
陶瓷支撑体是多孔陶瓷膜应用的基础。对于传统陶瓷支撑体(如氧化铝)，昂贵的原料价格及较高的烧结成本限制了其进一步应用。因此，选用合适的天然矿物原料来实现陶瓷支撑体的低成本制备成为当前研究重点。本工作以高岭土、滑石、碳酸钙为原料，制备出系列多孔陶瓷支撑体。采用热膨胀仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、压汞仪、万能试验机对坯体的烧结特性以及多孔陶瓷支撑体的物相组成、显微结构、孔径尺寸分布、抗弯强度和耐酸碱腐蚀性进行了研究。结果表明：坯体具有优良的低温烧结特性，通过化学反应烧结机制实现了多孔陶瓷支撑体的制备。烧结温度在1 000～1 200 ℃间较为适宜，所得支撑体的显微结构均匀，孔径呈单峰分布，开口气孔率、平均孔径尺寸、抗弯强度、0.1 MPa气体压力差下氮气通量分别为49.8%～49.4%、1.09～1.83 μm、40.57～28.85 MPa、119～340 m3·m-2·h-1，同时具有良好的耐碱腐蚀性能。
天然矿物 多孔陶瓷支撑体 烧结特性 显微结构 氮气通量 natural mineral porous ceramic support sintering characteristic microstructure nitrogen gas flux
1 南京航空航天大学 智能材料与结构航空科技重点实验室,江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学 智能材料与结构精密驱动研究所,江苏 南京 210016
为了制备高性能无铅压电陶瓷,采用固相合成法和水热法合成了(KxNa1-x)NbO3 (KNN)无铅压电陶瓷粉体。利用压制成型法在不同压力下成型,对不同粉体的烧结性能进行了对比,研究了粘结剂(PVA)添加量和陶瓷密度之间的关系,测量了用不同电压极化后陶瓷的压电特性,以及介电常数与温度之间的关系。结果表明:与固相合成法相比,水热合成的粉体有更好的烧结性,添加K会降低陶瓷的烧结性,陶瓷的密度对烧结温度非常敏感。1050 ℃保温2 h得到的K0.5Na0.5NbO3陶瓷具有较高的压电常数d33 (90 pC/N),该陶瓷的居里温度为410 ℃。
无铅压电陶瓷 水热法 烧结特性 (K (K Na)NbO3 Na)NbO3 lead-free piezoelectric ceramics hydrothermal method sinterability
