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性能优良的中温固体电解质材料是发展中温固体氧化物燃料电池的关键所在。作为当今研究热点的ABO3型钙钛矿结构的BaCeO3基、SrCeO3基固体电解质材料已经得到了人们较为充分的研究,但BaZrO3基材料却没有得到足够重视。理论研究表明,BaZrO3基电解质材料不仅具有高的热稳定性,可能还具有比以前报道要高的质子导电性。因此,选用BaZrO3为基体,Y2O3作掺杂剂,用共沉淀法和固相反应法制备了BaZr1-xYxO3-δ材料,比较了两种制备方法得到的粉体,并对材料的导电性能进行了研究。
实验首先制备了掺钇锆酸钡粉体,研究了前驱体溶液的浓度、反应溶液的pH值、表面活性剂的添加量、煅烧温度和时间以及钇离子在锆酸钡基体中的固溶限度。结果表明,按如下制备条件:金属盐溶液离子浓度为0.5mol/L,保持沉淀剂溶液的pH=9,并用0.4wt%PEG400和0.2wt%PEG4000作复合表面活性剂,可以得到分散性较好的沉淀产物。将前驱体沉淀在1250℃煅烧10小时可以得到单一钙钛矿晶型的BaZr1-xYxO-δ粉体。与固相反应法相比,在同样煅烧条件下,共沉淀法得到的掺杂锆酸钡粉体的晶型单一、完整。研究了煅烧后粉体的真密度,得知钇离子掺杂进入锆酸钡基体中,的确形成了氧空位型固溶体。钇离子在锆酸钡基体中的的固溶限度在15~20mol%之间。
采用PVA作成型剂,以40MPa/cm2的压力造粒后干压成型,1550℃烧结5小时得到了晶粒发育均匀完整、结构致密的BaZr1-xYO3-δ烧结体。通过对烧结体的电导率研究,发现1550℃烧结的样品的电导率均高于1500℃烧结的样品的电导率,且在同一个测试温度下,BaZr0.9Y0.1O3-δ的电导率要高于BaZr0.85Y0.15O3-δ的电导率。在800℃时BaZr0.9Y0.1O3-δ和BaZr0.85Y0.15O3-δ的电导率分别为1.71×10-4S/cm和5.33×10-5S/cm。