低温固体氧化物燃料电池掺杂CeO2/BaCeO3纳米两相复合电解质材料研究

萤石结构掺杂CeO2是目前低温固体氧化物燃料电池(SOFC)应用最广泛的电解质材料，具有较高的氧离子电导率，但存在电子电导和机械强度问题，而且限于结构，其离子电导率不能完全满足低温操作要求。在掺杂CeO2中引入钙钛矿结构掺杂BaCeO3质子导体，形成氧离子/质子共传导两相复合陶瓷，有望通过界面效应获得更高的离子电导率，并提高其机械强度、抑制电子电导，为开发高性能低温SOFC奠定基础。本项目选择合适的掺杂CeO2和掺杂BaCeO3组分，采用纳米粉体技术，制备掺杂CeO2/BaCeO3两相复合物，考察其物相、微结构、化学稳定性和烧结行为、机械性能，研究其离子电导率、电子电导率和离子迁移数与两相组分及比例、两相粉体初始粒径、两相界面结构的关系，揭示其离子界面传导机理，通过优化组分和比例及制备工艺，以期实现离子电导率的量级提高，并获得良好的机械性能和结构、化学稳定性。

萤石相掺杂氧化铈氧离子导体和钙钛矿相掺杂铈酸钡质子导体是目前低温固体氧化物燃料电池（SOFC）的两类候选电解质材料，但都需要薄膜化，其中掺杂氧化铈在燃料还原性气氛中易产生电子电导，而且机械强度较低；掺杂铈酸钡在燃料电池气氛中化学稳定性差，而且成膜困难，因此需要对其进行改性。本课题提出开发掺杂氧化铈-铈酸钡两相复合氧化物作为低温SOFC的电解质材料，利用掺杂铈酸钡抑制掺杂氧化铈的电子导电，利用掺杂氧化铈提高掺杂铈酸钡的化学稳定性，而且有望通过晶界和相界调控提高两相复合电解质的离子电导率，根据复合功能材料设计原则，采用三种方法合成制备了不同组成和微观结构的掺杂氧化铈-铈酸钡复合电解质材料，研究其物相、微结构、稳定性和烧结行为，考察其电导率与两相组分及比例，两相粉体的初始粒径、两相界面结构的关系，揭示氧离子/质子在体相和界面传导的机理，通过优化组分和比例及制备工艺，实现了低温下电导率增强，为发展高性能新型低温SOFC奠定基础。