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本论文重点侧重于研究了不同掺杂剂稳定的ZrO2基电解质材料的制备与性能。文章的前半部分主要回顾及对比了目前常见的几种电解质材料，并着重介绍了ZrO2基电解质材料的导电机理及研究进展。
传统的湿化学方法难以制备无团聚的纳米晶粉体，因此本实验中采用共沉淀-无机胶化工艺来制备稳定ZrO2粉体。为了研究不同掺杂剂对电解质电性能的影响，实验选用5种不同的成分配比(8YSZ、8YbSZ、10GdSZ、4Yb-8YSZ、5Gd-8YSZ)。XRD及SEM分析结果显示，实验制备所得的粉体均为完全立方相结构，粉末呈球状，粒度为10～20μm，并且分散性较好。
实验采用干压成型及常压烧结的方法来制备陶瓷电解质，选用5种不同温度进行烧结。由于初始粉体活性较高、各组分分布较均匀以及微量Al2O3的加入，使得陶瓷的烧结在1400℃时几乎达到完全致密。随着烧结温度的进一步升高，离子电导率的变化不大，并且当烧结温度在1450℃～1550℃之间时达到最佳。实验所制备的5种不同组分的电解质材料中，在450℃～700℃测试范围内8YbSZ具有最高的离子电导率，其电导率在500℃即达到1×10-3S·cm-1，达到作为中温燃料电池电解质的基本要求。4Yb-8YSZ及5Gd-8YSZ样品的电导率并没有达到预期的效果，这大概是由于掺杂量过高导致材料中自由氧空位浓度的降低所致。微量Al2O3的加入促进了致密化过程，降低了烧结温度，其对电解质材料的电导率有两种效果相反的作用，这两种作用的最终结果是微不足道的。
实验对8YSZ及8YbSZ材料在700℃下的老化性能进行了初步考察。结果发现，经过48小时退火后，8YbSZ的电导率下降了约30％，相比8YSZ下降的50％要低很多。随着退火时间的延长，电导率的变化不再明显，逐渐趋于稳定。8YbSZ在700℃老化时电导率的降低幅度较小，这大概取决于其阳离子扩散较慢，但是具体机理尚未明确，有假设认为这与掺杂离子的离子半径有重要关系。从电导率的稳定性来看，8YbSZ适合作为中温燃料电池的固体电解质材料。