質(zhì)子傳導(dǎo)型固體氧化物電解池（H-SOEC）相比于氧離子傳導(dǎo)型固體氧化物電解池（O-SOEC）優(yōu)點(diǎn)甚多,但是其發(fā)展遠(yuǎn)落后于O-SOEC,這主要是由于技術(shù)上存在更多挑戰(zhàn),例如在含H₂O和CO₂的氣氛中電解質(zhì)的穩(wěn)定性。近年來,質(zhì)子傳導(dǎo)型電解質(zhì)由于其在中溫下具有較高的離子導(dǎo)電性和較低的活化能,且在H-SOEC的氫電極側(cè)直接生成干純氫氣等優(yōu)勢而引起廣泛的關(guān)注。綜述了關(guān)于質(zhì)子傳導(dǎo)型固體氧化物電解池中電解質(zhì)材料的研究進(jìn)展,重點(diǎn)關(guān)注了國內(nèi)外研究者在BaCeO₃、BaZrO₃及其固溶體方面的最新研究成果和相關(guān)應(yīng)用,并對潛在的研究方向進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：陶瓷學(xué)報. 2020,41(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

質(zhì)子傳導(dǎo)型電解池的工作原理圖[4]

自從Iwahara等人[7]發(fā)現(xiàn)摻雜的BaCeO3和SrCeO3在中低溫含氫或水蒸汽氣氛下具有優(yōu)異的質(zhì)子導(dǎo)電性以來，鈣鈦礦型質(zhì)子導(dǎo)體氧化物作為固體氧化物電池的電解質(zhì)材料已成為新的研究熱點(diǎn)；尤其是摻雜BaCeO3的質(zhì)子導(dǎo)體，其質(zhì)子電導(dǎo)率在600℃時約為10-2 S/cm，遠(yuǎn)高于相同溫度下的YSZ的電導(dǎo)率[8]。圖2為ABO3型立方鈣鈦礦晶相結(jié)構(gòu)，針對這類鈣鈦礦型氧化物的質(zhì)子導(dǎo)體，亟待解決的問題就是如何通過改性來進(jìn)一步改善化學(xué)穩(wěn)定性。目前，作為潛在的質(zhì)子導(dǎo)體，常采用三價陽離子部分取代的BaCeO3基、BaZrO3基質(zhì)子導(dǎo)體以及BaCeO3-BaZrO3固溶體。隨著這種三價陽離子的摻入，如釔離子(Y3+)、鐿離子(Yb3+)，形成了氧空位，氧空位在干燥氧氣氣氛中與氧氣作用形成晶格氧和電子空穴，當(dāng)電解質(zhì)在含氫氣或水蒸汽氣氛中時，水與氧空位或空穴的組合則形成了間隙質(zhì)子，再通過水的解離吸附將氧缺陷的傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙質(zhì)子的傳導(dǎo)[9]。如圖3所示，在中低溫下，質(zhì)子的傳導(dǎo)通過Grotthuss型機(jī)制在相鄰的晶格氧之間跳躍完成。質(zhì)子在固定的氧位點(diǎn)上的傳輸主要靠在氧離子附近質(zhì)子的旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散，隨后向鄰近的氧離子轉(zhuǎn)移。同時，隨著氫與空穴的結(jié)合將導(dǎo)致質(zhì)子濃度的增加和質(zhì)子不斷的自由遷移，使得質(zhì)子電導(dǎo)率在中溫(400-700℃)條件下不斷增大，這也是目前被廣泛認(rèn)同的質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理，即質(zhì)子缺陷的旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散—向鄰近氧離子躍遷機(jī)制。圖3 ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理

ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物燃料電池復(fù)合陰極材料的制備與性能研究[D]. 趙瑩瑩.鄭州大學(xué) 2017



本文編號：3479234