固體氧化物燃料電池電解質材料Ce0.8Sm0.2-xCuxO1.9-δ的制備與性能研究

邵凌波，田長安，梁 升，王亞君，陳 捷，陽 杰

(1.合肥學院能源材料與化工學院，合肥 230601;2.合肥學院生物食品與環境學院，合肥 230601； 3.韶關學院土木工程學院，韶關 512005)

0 引 言

固體氧化物燃料電池(SOFCs)具有高效清潔、無腐蝕、低污染排放等特點，被人們看作未來綠色能源的主要來源之一[1]。傳統的SOFCs常采用釔穩定的氧化鋯材料(YSZ)為電解質，但由于操作溫度過高會產生一系列問題，如陽極燒結、電解質與電極間的界面反應、連接材料的腐蝕等。降低溫度，使SOFCs在500～ 800 ℃范圍內工作可以避免以上問題。中溫SOFCs已經成為當前的研究重點，而實現SOFCs中溫化則需要開發中溫時具有高離子電導的新型電解質[2-4]。

研究發現螢石結構的CeO2是一種很有發展前景的電解質材料。堿土或稀土元素摻雜的CeO2基氧化物材料(如Sm2O3摻雜的CeO2，簡稱SDC)在低溫時離子電導率高，是一種可在中溫使用的SOFCs電解質材料。但是，Ce4+長期在低氧分壓和高溫下工作易被還原成Ce3+，產生電子電導使電池的性能下降。因此，很多單摻雜的CeO2基電解質還達不到SOFCs使用要求。研究發現,使用2種元素雙摻雜可以抑制電子電導產生的同時提高材料的氧離子電導率[5]。此外，CeO2基氧化物作為一種難以合成和燒結的材料，往往使用化學法合成微納米粉和添加燒結助劑的方法來降低材料的合成溫度和燒結溫度[6-7]。

本文選定過渡金屬Cu對Ce0.8Sm0.2O2進行雙摻雜，以提高電解質性能為目標，研究雙摻雜CeO2材料的合成與性能。實驗使用Sol-Gel法制備Ce0.8Sm0.2-xCuxO1.9-δ(x=0～0.20)系列納米粉體，然后通過常壓燒結獲得電解質陶瓷，文中通過采用AC、TG-DSC、SEM、XRD等手段對樣品進行了表征和分析。……