共沉淀法合成纳米氧化锆制备研究(5)
1.4.4 氧化锆新用途:锂电池专用纳米氧化锆
电池专用纳米氧化锆粉体，具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。生产中做到了精确控制各组分含量，实现不同组分之间粒子的均匀混合，严格控制颗粒尺寸、形态和结构，保证了产品的质量。利用本品掺杂不同元素的导电特性，在高性能固体电池中用于电极制造。
纳米氧化锆电池由固态氧化锆电解质（绝大部分为钇稳定氧化锆粉体，简称YSZ）和两个铂电极所组成。钇稳定纳米氧化锆粉体因具有较高的氧离子电导率和氧化还原气氛中理想的稳定性，作为一种理想的电解质，在固体氧化物燃料电池领域得到了广泛应用。具有良好的市场应用前景及商业价值。
应用特性：①电池专用纳米氧化锆（YSZ）被广泛用于制作固体氧化物燃料电池（SOFC）,氧传感器及微电子设备。② 电池专用化纳米氧化锆在高温条件下具有较高的氧离子电导率,优良的机械性能以及氧化还原良好的稳定性。③ 电池专用纳米氧化锆覆盖或弥散于合金表面后还可产生活性元素效应,显著改善合金的高温氧化性能并大幅度提高氧化膜的粘附性。④ 作为电解质，电池专用作为一种理想的电解质已被广泛地应用于固体氧化物燃料电池中。用于传递反应产生的氧离子，在800~1000摄氏度的高温，离子可以通透陶瓷材料。⑤纳米氧化锆是目前使用最多的电解质材料,YSZ结构和性能的长期稳定对固体氧化物燃料电池系统的可靠性至关重要。⑥用电池专用纳米氧化锆改进制作的氧化锆浓差电池型氧检测器，可以有效的延长产品的使用寿命、提高准确性、减少文护量。
1.5 纳米氧化锆的发展前景
纳米ZrO2在工业合成、催化剂、催化剂载体和特种陶瓷等方面具有较大的应用价值, 为适应这些方面的要求, 纳米ZrO2 应向复合型发展, 即制备多种材料的复合粉体。应用具有大的比表面积和热烧结稳定性, 提供更多的酸性或碱性中心, 尤其是固碱催化剂在工业生产中将越来越具有潜在价值。如何利用二氧化锆的弱碱性制备更强的固体碱也将是人们关注的课题。精确地调节和控制纳米ZrO2粉末的组成和粒子的粒度和形状, 以及控制这些因素对该粉末在应用中的性能影响, 如何降低成本以实现工业化生产应用都需要进一步研究[36]。作为热障涂层主要需解决的是涂层的制备技术及涂层结构的设计。由于涂层与基体应力不匹配常导致涂层失效, 因此需合理设计涂层结构, 采用多层膜或梯度膜, 既可发挥其热障作用又可提高涂层使用寿命[37]。既要保证喷涂用良好的流动性,又要保证粉体具有一定的致密度, 在目前的工艺条件下有一定的难度。此外, 进行纳米氧传感器材料和氧传感器性能优化的研究也十分必要。
ZrO2陶瓷固体电解质的潜在应用是作为制造燃料电池的重要候选材料。在固态氧燃料电池中, 采用ZrO2陶瓷材料作电解质, 是一种用常规燃料氢或碳氢化合物与氧反应所释放出来的能量直接转化为电能的新技术。固态氧燃料电池要求使用的固态电解质有一定的断裂韧性、温度稳定性和抗周期性疲劳的能力、薄且致密。ZrO2陶瓷管、板或薄片应有800MPa 的断裂应力, 且在700℃~ 800℃下工作具有高的使用寿命, 燃料转换成电能的效率应高于60%。对于ZrO2陶瓷而言, 这是一个最大的潜在发展领域, 它对新能源的产生, 对化学反应过程及催化剂技术的发展都有很大的影响。
1.6 本文的选题
1.6.1 共沉淀法制备纳米氧化锆
共沉淀法是制备纳米ZrO2一种比较传统的方法。首先，利用各种在水中溶解的ZrOCI2和ZrO(NO3)2等锆盐与沉淀剂氨水等碱性物质反应，生成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、醋酸盐等，然后经过滤、洗涤、干燥、煅烧和热分解等后处理过程，得到目的产物纳米ZrO2。共沉淀法工艺流程比较简单、易于添加其它微量元素，但是因为反应物在反应器中的浓度、温度、及停留时间分布不同，从而影响了物料间的反应及晶体的成核和生长，进而影响最终产物纳米ZrO2的粒径大小和颗粒分布。同时，共沉淀法也易引入杂质，在干燥、脱水的过程中有比较严重的结块现象。