Ce0.8Nd0.2O1.9-La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ固体复合电解质的结构和电性能

汪秀萍 周德凤 杨国程 孙世成 李朝辉

引用本文: 汪秀萍, 周德凤, 杨国程, 孙世成, 李朝辉. Ce0.8Nd0.2O1.9-La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ固体复合电解质的结构和电性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 95-101. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311141 shu
Citation:  WANG Xiu-Ping, ZHOU De-Feng, YANG Guo-Cheng, SUN Shi-Cheng, LI Zhao-Hui. Structure and Electrical Properties of Ce0.8Nd0.2O1.9-La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ Solid Composite Electrolytes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(1): 95-101. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311141 shu

Ce0.8Nd0.2O1.9-La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ固体复合电解质的结构和电性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(20871023) (20871023)

    吉林省科技发展计划(20101549,20130102001JC)资助项目 (20101549,20130102001JC)

摘要:

采用溶胶-凝胶法分别制备La0.95Sr0.05Ga0.9Mg0.1O3-δ (LSGM)和Ce0.8Nd0.2O1.9 (NDC)电解质,并在NDC溶胶中加入0-15% (w,质量分数)的LSGM预烧粉体制得NDC-LSGM复合电解质,研究不同质量比复合电解质的结构和电性能. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X能量色散谱仪(EDS)对样品进行结构表征,交流(AC)阻抗谱测试样品导电性能. 结果表明:NDC-LSGM复合体系主要由立方萤石结构相、钙钛矿结构相和杂质相组成;LSGM的添加可促进晶粒的生长,产生大量相界面,清除或降低SiO2有害影响,明显提高晶界导电性;LSGM质量分数为10%的样品NL10 具有最高晶界电导率和总电导率,400 ℃时NL10 的晶界电导率σgb和总电导率σt分别为12.15×10-4和3.49×10-4 S·cm-1,与NDC的σgb (1.41×10-4 S·cm-1)和σt (1.20×10-4 S·cm-1)相比分别提高了7.62和1.91倍,总电导率的提高主要归因于晶界电导率的影响.

English

    1. [1]

      (1) M-Hernandez, A.; V-Castillo, J.; Mogni, L.; Caneiro, A. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36 (24), 15704.

      (1) M-Hernandez, A.; V-Castillo, J.; Mogni, L.; Caneiro, A. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36 (24), 15704.

    2. [2]

      (2) Hart, N. T.; Brandon, N. P.; Day, M. J.; Lapeña-Rey, N.J. Power Sources 2002, 106 (1-2), 42. doi: 10.1016/S0378-7753(01)01035-7(2) Hart, N. T.; Brandon, N. P.; Day, M. J.; Lapeña-Rey, N.J. Power Sources 2002, 106 (1-2), 42. doi: 10.1016/S0378-7753(01)01035-7

    3. [3]

      (3) Steele, B. C. H. Solid State Ionics 2000, 129 (1-4), 95. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00319-7(3) Steele, B. C. H. Solid State Ionics 2000, 129 (1-4), 95. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00319-7

    4. [4]

      (4) Yan, D. Y.; Liu, X. M.; Bai, X. Y.; Pei, L.; Zheng, M. Z.; Zhu, C.J.; Su,W. H. J. Power Sources 2010, 195, 6488.(4) Yan, D. Y.; Liu, X. M.; Bai, X. Y.; Pei, L.; Zheng, M. Z.; Zhu, C.J.; Su,W. H. J. Power Sources 2010, 195, 6488.

    5. [5]

      (5) Molenda, J.; wierczek, K.; Zaj c,W. J. Power Sources 2007,173 (2), 660.(5) Molenda, J.; wierczek, K.; Zaj c,W. J. Power Sources 2007,173 (2), 660.

    6. [6]

      (6) Badwal, S. P. S.; Ciacchi, F. T.; Drennan, J. Solid State Ionics1999, 121 (1-4), 253. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00044-2(6) Badwal, S. P. S.; Ciacchi, F. T.; Drennan, J. Solid State Ionics1999, 121 (1-4), 253. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00044-2

    7. [7]

      (7) Abrantes, J. C. C.; Pérez-Coll, D.; Núñez, P.; Frade, J. R.Electrochim. Acta 2003, 48 (19), 2761. doi: 10.1016/S0013-4686(03)00395-5(7) Abrantes, J. C. C.; Pérez-Coll, D.; Núñez, P.; Frade, J. R.Electrochim. Acta 2003, 48 (19), 2761. doi: 10.1016/S0013-4686(03)00395-5

    8. [8]

      (8) Xia, Y. J.; Bai, Y. J.;Wu, X. J.; Zhou, D. F.; Liu, X. J.; Meng, J.Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36, 6840. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.02.118(8) Xia, Y. J.; Bai, Y. J.;Wu, X. J.; Zhou, D. F.; Liu, X. J.; Meng, J.Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36, 6840. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.02.118

    9. [9]

      (9) Zhao, Y. C.; Xu, Z. R.; Xia, C.; Li, Y. D. Int. J. Hydrog. Energy2013, 38, 1553. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.11.004(9) Zhao, Y. C.; Xu, Z. R.; Xia, C.; Li, Y. D. Int. J. Hydrog. Energy2013, 38, 1553. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.11.004

    10. [10]

      (10) Fan, L. D.;Wang, C. Y.; Chen, M. M.; Zhu, B. J. Power Sources2013, 234, 154. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.138(10) Fan, L. D.;Wang, C. Y.; Chen, M. M.; Zhu, B. J. Power Sources2013, 234, 154. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.138

    11. [11]

      (11) Kwon, T. H.; Lee, T.; Yoo, H. I. Solid State Ionics 2011, 195 (1),25. doi: 10.1016/j.ssi.2011.05.002(11) Kwon, T. H.; Lee, T.; Yoo, H. I. Solid State Ionics 2011, 195 (1),25. doi: 10.1016/j.ssi.2011.05.002

    12. [12]

      (12) Cho, S.; Kim, Y. N.; Kim, J. H.; Manthiram, A.;Wang, H. Y.Electrochim. Acta 2011, 56 (16), 5472. doi: 10.1016/j.electacta.2011.03.039(12) Cho, S.; Kim, Y. N.; Kim, J. H.; Manthiram, A.;Wang, H. Y.Electrochim. Acta 2011, 56 (16), 5472. doi: 10.1016/j.electacta.2011.03.039

    13. [13]

      (13) Jang,W. S.; Hyun, S. H.; Kim, S. G. J. Mater. Sci. 2002, 37 (12), 2535. doi: 10.1023/A:1015451910081(13) Jang,W. S.; Hyun, S. H.; Kim, S. G. J. Mater. Sci. 2002, 37 (12), 2535. doi: 10.1023/A:1015451910081

    14. [14]

      (14) Inoue, T.; Setoguchi, T.; Eguchi, K.; Arai, H. Solid State Ionics1989, 35 (3-4), 285. doi: 10.1016/0167-2738(89)90310-X(14) Inoue, T.; Setoguchi, T.; Eguchi, K.; Arai, H. Solid State Ionics1989, 35 (3-4), 285. doi: 10.1016/0167-2738(89)90310-X

    15. [15]

      (15) Ishihara, T.; Matsuda, H.; Takita, Y. J. Am. Chem. Soc. 1994,116, 3801. doi: 10.1021/ja00088a016(15) Ishihara, T.; Matsuda, H.; Takita, Y. J. Am. Chem. Soc. 1994,116, 3801. doi: 10.1021/ja00088a016

    16. [16]

      (16) Huang, K.; Tichy, R. S.; odenough, J. B. J. Am. Ceram. Soc.1998, 81, 2565. doi: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02662.x(16) Huang, K.; Tichy, R. S.; odenough, J. B. J. Am. Ceram. Soc.1998, 81, 2565. doi: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02662.x

    17. [17]

      (17) Kharton, V. V.; Marques, F. M. B.; Atkinson, A. Solid State Ionics 2004, 174 (1-4), 135. doi: 10.1016/j.ssi.2004.06.015(17) Kharton, V. V.; Marques, F. M. B.; Atkinson, A. Solid State Ionics 2004, 174 (1-4), 135. doi: 10.1016/j.ssi.2004.06.015

    18. [18]

      (18) Zhang, X. G.; Ohara, S.; Okawa, H.; Maric, R.; Fukui, T. Solid State Ionics 2001, 139 (1-2), 145. doi: 10.1016/S0167-2738(00)00833-X(18) Zhang, X. G.; Ohara, S.; Okawa, H.; Maric, R.; Fukui, T. Solid State Ionics 2001, 139 (1-2), 145. doi: 10.1016/S0167-2738(00)00833-X

    19. [19]

      (19) Xu, D.; Liu, X. M.; Zhu, C. J.;Wang, D. J.; Yan, D. T.;Wang,D. Y.; Su,W. H. J. Rare Earth 2008, 26, 241. doi: 10.1016/S1002-0721(08)60073-3(19) Xu, D.; Liu, X. M.; Zhu, C. J.;Wang, D. J.; Yan, D. T.;Wang,D. Y.; Su,W. H. J. Rare Earth 2008, 26, 241. doi: 10.1016/S1002-0721(08)60073-3

    20. [20]

      (20) Xu, D.; Liu, X. M.;Wang, D. J.; Yi, G. Y.; Gao, Y.; Zhang, D.S.; Su,W. H. J. Alloy. Compd. 2007, 429, 292. doi: 10.1016/j.jallcom.2006.04.009(20) Xu, D.; Liu, X. M.;Wang, D. J.; Yi, G. Y.; Gao, Y.; Zhang, D.S.; Su,W. H. J. Alloy. Compd. 2007, 429, 292. doi: 10.1016/j.jallcom.2006.04.009

    21. [21]

      (21) Jo, S. H.; Muralidharan, P.; Kim, D. K. J. Alloy. Compd. 2010,491, 416. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.10.207(21) Jo, S. H.; Muralidharan, P.; Kim, D. K. J. Alloy. Compd. 2010,491, 416. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.10.207

    22. [22]

      (22) Hao, G. Y.; Liu, X. M.;Wang, H. P.; Be, H. L.; Pei, L.; Su,W.H. Solid State Ionics 2012, 225, 81. doi: 10.1016/j.ssi.2012.03.005(22) Hao, G. Y.; Liu, X. M.;Wang, H. P.; Be, H. L.; Pei, L.; Su,W.H. Solid State Ionics 2012, 225, 81. doi: 10.1016/j.ssi.2012.03.005

    23. [23]

      (23) Medvedev, D.; Mara u, V.; Pikalova, E.; Demin, A.; Tsiakaras,P. J. Power Sources 2013, 221, 217. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.07.120(23) Medvedev, D.; Mara u, V.; Pikalova, E.; Demin, A.; Tsiakaras,P. J. Power Sources 2013, 221, 217. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.07.120

    24. [24]

      (24) Xu, D.; Liu, X. M.;Wang, D. J.; Zhu, C. J.; Yan, D. T.; Pei, L.;Su,W. H. Chem. J. Chin. Univ. 2008, 29, 1523. [徐丹, 刘晓梅, 王德军, 朱成军, 严端廷, 裴力, 苏文辉. 高等学校化学学报, 2008, 29, 1523.](24) Xu, D.; Liu, X. M.;Wang, D. J.; Zhu, C. J.; Yan, D. T.; Pei, L.;Su,W. H. Chem. J. Chin. Univ. 2008, 29, 1523. [徐丹, 刘晓梅, 王德军, 朱成军, 严端廷, 裴力, 苏文辉. 高等学校化学学报, 2008, 29, 1523.]

    25. [25]

      (25) Zhang, T. S.; Hing, P.; Huang, H. T.; Kilner, J. J. Eur. Ceram. Soc. 2002, 22, 27. doi: 10.1016/S0955-2219(01)00240-0(25) Zhang, T. S.; Hing, P.; Huang, H. T.; Kilner, J. J. Eur. Ceram. Soc. 2002, 22, 27. doi: 10.1016/S0955-2219(01)00240-0

    26. [26]

      (26) Li, J. G.; Ikegami, T.; Mori, T. Acta Materialia 2004, 52 (8),2221. doi: 10.1016/j.actamat.2004.01.014(26) Li, J. G.; Ikegami, T.; Mori, T. Acta Materialia 2004, 52 (8),2221. doi: 10.1016/j.actamat.2004.01.014

    27. [27]

      (27) Pikalova, E. Yu. Murashkina, A. A.; Mara u, V. I.; Demin, A.K.; Strekalovsky, V. N.; Tsiakaras, P. E. Int. J. Hydrog. Energy2011, 36 (10), 6175. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.01.132(27) Pikalova, E. Yu. Murashkina, A. A.; Mara u, V. I.; Demin, A.K.; Strekalovsky, V. N.; Tsiakaras, P. E. Int. J. Hydrog. Energy2011, 36 (10), 6175. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.01.132

    28. [28]

      (28) Kahlauoi, M.; Inoubli, A.; Chefi, S.; Kouki, A.; Madani, A.;Chefi, C. Ceram. Int. 2013, 39 (6), 6175. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.01.036(28) Kahlauoi, M.; Inoubli, A.; Chefi, S.; Kouki, A.; Madani, A.;Chefi, C. Ceram. Int. 2013, 39 (6), 6175. doi: 10.1016/j.ceramint.2013.01.036

    29. [29]

      (29) Zhou, D. F.; Zhu, J. X.; Xia, Y. J.; Zhao, G. C.; Meng, J. Chin. J. Inorg. Chem. 2010, 26 (1), 91. [周德凤, 朱建新, 夏燕杰, 赵桂春, 孟健. 无机化学学报, 2010, 26 (1), 91.](29) Zhou, D. F.; Zhu, J. X.; Xia, Y. J.; Zhao, G. C.; Meng, J. Chin. J. Inorg. Chem. 2010, 26 (1), 91. [周德凤, 朱建新, 夏燕杰, 赵桂春, 孟健. 无机化学学报, 2010, 26 (1), 91.]

    30. [30]

      (30) Guo, X.;Waser, R. Prog. Mater. Sci. 2006, 51 (2), 151. doi: 10.1016/j.pmatsci.2005.07.001(30) Guo, X.;Waser, R. Prog. Mater. Sci. 2006, 51 (2), 151. doi: 10.1016/j.pmatsci.2005.07.001

    31. [31]

      (31) Wang, X. D.; Mab, Y.; Raza, R.; Muhammed, M.; Zhu, B.Electrochem. Commun. 2008, 10, 1617. doi: 10.1016/j.elecom.2008.08.023(31) Wang, X. D.; Mab, Y.; Raza, R.; Muhammed, M.; Zhu, B.Electrochem. Commun. 2008, 10, 1617. doi: 10.1016/j.elecom.2008.08.023

    32. [32]

      (32) Zhang, Z.; Zhang, H.; Liu, C. F.; Liu, Y. L.; Li, Z. C. Materials Science and Engineering of Powder Metalluray 2011, 16 (5),682. [张哲, 张鸿, 刘超峰, 刘玉龙, 李志成. 粉末冶金材料科学与工程, 2011, 16 (5), 682.](32) Zhang, Z.; Zhang, H.; Liu, C. F.; Liu, Y. L.; Li, Z. C. Materials Science and Engineering of Powder Metalluray 2011, 16 (5),682. [张哲, 张鸿, 刘超峰, 刘玉龙, 李志成. 粉末冶金材料科学与工程, 2011, 16 (5), 682.]

    33. [33]

      (33) Guo, X.; Sigle,W.; Maier, J. J. Am. Ceram. Soc. 2003, 86, 77.doi: 10.1111/jace.2003.86.issue-1(33) Guo, X.; Sigle,W.; Maier, J. J. Am. Ceram. Soc. 2003, 86, 77.doi: 10.1111/jace.2003.86.issue-1

    34. [34]

      (34) Zhang, T. S.; Ma, J.; Chan, S. H.; Kilner, J. A. Solid State Ionics2005, 176 (3-4), 377. doi: 10.1016/j.ssi.2004.07.022(34) Zhang, T. S.; Ma, J.; Chan, S. H.; Kilner, J. A. Solid State Ionics2005, 176 (3-4), 377. doi: 10.1016/j.ssi.2004.07.022

    35. [35]

      (35) Schouler, E.; Giroud, G.; Kleitz, M. J. Chem. Phys. 1973, 70,1309.(35) Schouler, E.; Giroud, G.; Kleitz, M. J. Chem. Phys. 1973, 70,1309.

    36. [36]

      (36) Rahmawati, F.; Prijamboedi, B.; Soepriyanto, S.; Ismunandar.Int. J. Min. Met. Mater. 2012, 19 (9), 863. doi: 10.1007/s12613-012-0640-0(36) Rahmawati, F.; Prijamboedi, B.; Soepriyanto, S.; Ismunandar.Int. J. Min. Met. Mater. 2012, 19 (9), 863. doi: 10.1007/s12613-012-0640-0

    37. [37]

      (37) Cho, Y. H.; Cho, P. S.; Auchterlonie, G.; Kim, D. K.; Lee, J. H.;Kim, D. Y.; Park, H. M.; Drennan, J. Acta Materialia 2007, 55 (14), 4807. doi: 10.1016/j.actamat.2007.05.001(37) Cho, Y. H.; Cho, P. S.; Auchterlonie, G.; Kim, D. K.; Lee, J. H.;Kim, D. Y.; Park, H. M.; Drennan, J. Acta Materialia 2007, 55 (14), 4807. doi: 10.1016/j.actamat.2007.05.001

    38. [38]

      (38) Kim, D. K.; Cho, P. S.; Lee, J. H.; Kim, D. Y.; Park, H. M.;Auchterlonie, G.; Drennan, J. Electrochem. Solid State Lett.2007, 10 (5), 91. doi: 10.1149/1.2710959

      (38) Kim, D. K.; Cho, P. S.; Lee, J. H.; Kim, D. Y.; Park, H. M.;Auchterlonie, G.; Drennan, J. Electrochem. Solid State Lett.2007, 10 (5), 91. doi: 10.1149/1.2710959

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  453
  • 文章访问数:  1187
  • HTML全文浏览量:  46
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-01
  • 收稿日期:  2013-08-11
  • 网络出版日期:  2013-11-14
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章