氧化釓摻雜氧化鈰粉體的制備及工藝優(yōu)化.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）因?yàn)榫哂心芰哭D(zhuǎn)換效率高、燃料氣選擇靈活、電極不需要貴金屬等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來解決環(huán)境與能源問題最有前景的技術(shù)之一。傳統(tǒng)SOFC運(yùn)行溫度較高，對組件材料性能要求苛刻，且高運(yùn)行溫度使得其啟動時(shí)間過長，限制了SOFC的應(yīng)用。為降低SOFC運(yùn)行溫度，一些在中低溫下具有優(yōu)良電化學(xué)性能的材料被相繼開發(fā)出來，作為SOFC核心組件的電解質(zhì)材料更是近幾年的研究熱點(diǎn)。在眾多電解質(zhì)材料中，氧化釓摻雜的氧化鈰（GDC）被認(rèn)為是最有

2、希望應(yīng)用于中低溫SOFC電解質(zhì)的材料之一。但是，GDC電解質(zhì)較差的燒結(jié)性能一直為人們所詬病。根據(jù)燒結(jié)理論研究，要想在低溫下燒結(jié)得到致密的電解質(zhì)膜，電解質(zhì)粉體粒徑應(yīng)盡可能小、粒徑分布較窄。圍繞解決這一問題，本論文通過理論與實(shí)驗(yàn)研究，開展了如下工作：
　?。?）通過單因素實(shí)驗(yàn)考察制備方法與制備過程參數(shù)對制備的 GDC粉體性能的影響，對制備得到的電解質(zhì)粉體進(jìn)行XRD、SEM、PSD表征，并通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對GDC粉體制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。最優(yōu)

3、制備方案為：硝酸鈰濃度0.55mol/L、草酸濃度為0.05mol/L、反應(yīng)溫度為28℃、陳化溫度20℃、陳化時(shí)間1h、煅燒溫度600℃，在此條件下制備的粉體粒徑D50的均值為1.091μm，與預(yù)測值很接近，說明響應(yīng)面法得到的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確可靠，具有應(yīng)用價(jià)值。
　?。?）通過實(shí)驗(yàn)研究草酸鹽共沉淀法制備GDC粉體過程中的結(jié)晶動力學(xué)問題，考察硝酸鹽濃度、反應(yīng)溫度、攪拌速度對晶體成核速率 B和生長速率G的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明成核速率B和生長

4、速率G對硝酸鹽濃度變化較為敏感，都隨著硝酸鹽濃度的增加而增大，但是生長速率G增速越來越大而成核速率B增速減緩；成核速率B和生長速率G都隨反應(yīng)溫度的升高而下降；適當(dāng)增加攪拌速度，促進(jìn)晶核生成及晶核長大，但攪拌速度存在臨界值，超過400rpm后，生長速度G降低。
　?。?）分別采用物理、化學(xué)以及兩種方法相結(jié)合的手段處理粉體團(tuán)聚，考察超聲處理時(shí)間及表面活性劑用量對制備過程中粉體團(tuán)聚的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在頻率為20kHz，功率0.3kW