LaSr3Fe3-xMnxO10-δ和LaSr3Fe3O10-Ce0.8Sm0.2O2混合导体制备及性能研究
【摘要】：具有钙钛矿结构的混合导体材料在催化、固体氧化物燃料电池(SOFC)、氧传感器等领域中有着广泛的应用。本论文对La Sr3Fe3-xMnxO10-δ混合导体和La Sr3Fe3O10-Ce0.8Sm0.2O2双相材料混合导体的结构、电学性能、氧扩散机制以及半电池阴极电化学性能进行了探索性地研究。采用柠檬酸法制备了具有层状钙钛矿结构的混合导体La Sr3Fe3-xMnxO10-δ(x=0~0.8)样品。XRD分析表明随锰掺杂量增加,晶胞体积下降。碘滴定分析表明随温度升高,La Sr3Fe3-xMnxO10-δ样品氧空位浓度增加,过渡金属离子平均价态VB下降;相同温度下随锰含量增加,Fe4+离子在四价态离子中所占比例下降。推导出La Sr3Fe3-xMnxO10-δ样品西贝克系数与VB以及三价离子和四价离子自旋态配置数的关系,并给出不同锰掺杂样品700℃和800℃下过渡金属离子3d电子轨道可能填充情况。La Sr3Fe3-xMnxO10-δ样品表面势测试结果表明,x=0.6样品表面势最大,对载流子束缚最强;x=0.8样品表面势最小,对载流子束缚最弱。采用电学弛豫法测量氧扩散系数,根据测量的结果可知:在同一掺杂下温度越高氧扩散系数越大;在锰含量为低范围x≤0.4掺杂时,氧扩散系数下降,若进一步增加锰含量则氧扩散系数出现上升趋势。最后根据得到的系列样品的氧化学扩散活化能可知其随着锰含量的掺杂而降低。采用固相法制备La Sr3Fe3O10-Ce0.8Sm0.2O2双相样品,通过四端子法对双相样品的电导率研究表明,随着SDC含量的增加,LSFO-SDC复合双相样品电导率的最大值向高温段偏移,其中LSFO:SDC=2:8材料的导电性质接近纯SDC。采用开尔文扫描探针测试了在不同SDC掺杂下双相样品的表面势,定性分析了激发其样品表面电子所需的能量。采用涂刷法制备四种不同体积比的阴极半电池。使用交流阻抗谱对掺杂SDC的阴极半电池进行阻抗谱分析发现:电极解离和吸附氧的能力随着温度的升高而增强,加快电化学反应速率,同时提高了氧离子的迁移率,对氧的还原和氧离子的传输起到促进作用,故提高了阴极对氧的催化活性,以至使得总极化电阻降低;随着SDC掺杂量的增加,阻抗减小。对半电池塔菲尔研究表明,随着SDC掺杂量的增加,塔菲尔系数约呈下降趋势,加快了电极的反应速度。
【关键词】：混合导体 平均价态 氧扩散系数 阻抗谱
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O611.4
