钙钛矿型中温固体电解质的合成与性能(3)
值得关注的是LSGM 类氧离子电解质材料在CO2和H2O气氛中的化学稳性。通常钙钛矿类电解质材料在A位的大尺寸阳离子(12个氧原子配位)决定着含氧气(特别是CO2和H2O)中的化学稳定性；而较小的B位阳离子决定其还原性气氛中的化学稳定性。这是因为A位的大尺寸阳离子的配位氧空位，由于易受氧离子填充。因此，多数A位为Sr和Ba的钙钛矿类电解质在CO2和H2O气氛中的化学稳定性非差。另一方面，固体电解质一般在B位选用固定价的阳离子，因为可变价的阳离子将引起不希望的电子电导。
LSGM和YSZ电解质材料的特性比较列于表1。[15] 两者可根据实际应用而选用。LSGM和YSZ电解质材料与多数钙钛矿类阴极材料有极好的化学和结构兼容性，这提供了共烧的可能性。
表1.LSGM和YSZ电解质材料的性质对比
1.3 掺杂CeO2材料及制备进展
目前SOFC的主要工作温度在900～1000℃之间，这是因为常用的电解质材料YSZ在低于这个温度下离子电导率会降低，不能满足SOFC的工作要求。但是在较高的工作温度下，会导致SOFC出现很多问题，如其中的各组分材料间会发生物理和化学的变化和热膨胀不匹配等问题。这就要求SOFC的工作温度能够降低到800℃以下[16]-[18]。
要使SOFC的工作温度降低，有两种途径：一种是减小YSZ电解质层的厚度,但这种方法不能从根本上解决问题，在电解质层厚度降低的同时，力学性能也相应降低；另外一种途径是寻找在低于800℃时．仍然具有较高离子电导率的电解质材料。
CeO2是一种具有萤石结构的陶瓷材料，它可以与多种元素在很大程度上固溶。当掺杂了碱土元素或者稀土元素，CeO2的晶格中会出现一些氧空位，可以用于电荷补偿。这种氧化物固溶体得到很广泛的应用，其中应用最多的就是在同体氧化物燃料电池中作为固态电解质和阳极材料。
在所有掺杂CeO2的材料中，Sm2O3／CeO2体系(SDC)表现出很高的电导率，这是因为Sm3+掺CeO2中，所导致的CeO2晶格变形的程度最低[19]。
当SOFC的工作温度低于800℃时，在电解质的欧姆损耗增加的同时，阳极和阴极的极化损耗也会增加，因此，必须研究和开发高性能的电极材料来满足SOFC在低温工作下的需要[20]。
最新的研究发现，Ni-SDC金属陶瓷阳极在工作温度低于8000C时显示了很高的电池性能。影响Ni-SDC阳极的电极性能的因素有很多，其中最具有决定性影响的因素是初始陶瓷粉末NiO-SDC的特性，因此研究NiO-SDC复合粉末的制备条件很有必要[21]。
1.3.1 固相合成法
传统的固相合成法是直接将氧化物或碳酸盐、氢氧化物以适当的比例在球磨机中混合研磨，然后经预烧、烧结．再球磨制得陶瓷粉末，最后高温烧结形成复合氧化物陶瓷的一种制备方法。这种方法需要很高的烧结温度。高温烧结容易导致微结构中缺陷的存在，如：多相，大尺寸颗粒造成的孔隙和较大的晶粒尺寸分布范围：同时在制备过程中容易带入杂质，反应时间较长。
用固相合成法制备SDC致密化电解质陶瓷一般分为两步：把Sm2O3和CeO2粉末充分混合后在1300℃热处理，直到形成了具有单一晶相的固溶体；将此固溶体粉末在更高的温度下(1700～1800℃)进行烧结，形成SDC陶瓷[22]，[23]。
1.3.2 溶胶凝胶法
溶胶一凝胶法是指金属有机或无机化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理形成氧化物或其他化合物固体的方法。凝胶的结构和性质在很大程度上取
决于其后的干燥致密过程，并最终决定材料的性能。本法的优点在于：能严格实现化学计量比，易实现工艺简单，高温处理时也存在快速团聚现象。常用的有机金属盐为醇盐，另外，也可使用其他盐类如盐酸盐、柠檬酸盐和EDTA等。
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