Ba_0_95_Ce_0_90_Y_0_10_O_3_固体电解质的质子导电性VIP专享VIP免费

第6期1999年11月无机化学学报CHINESEJOURNALOFINORGANICCHEMISTRYVol.15,No.6Nov.,1999Ba0.95Ce0.90Y0.10O3-�固体电解质的质子导电性马桂林*�(苏州大学理学院化学系,苏州215006)本文通过高温固相反应合成了Ba0.95Ce0.90Y0.10O3-�固体电解质,测定了该固体电解质高温(600～1000℃)下的氢的电化学透过(氢气泵)速度。结果表明,该固体电解质在本实验条件下具有良好的质子导电性,其质子迁移数为0.8～1,在600～700℃的较低温度下,几乎显示纯粹的质子导电性。关键词:铈酸钡固体电解质质子导电体分类号:O614.330引言质子导电性无机氧化物固体电解质研究是功能性材料研究的一个重要分支。七十年代和八十年代初发现了一些质子导电性无机化合物,如:水合物型H3Mo12PO40·29H2O,H3W12PO40·29H2O[1,2],氢键型CsHSO4[3],�-Al2O3型H3O+-�”-Al2O3[4]以及氢嵌入型HxWO3,HXMoO3[5,6]等。但这些化合物由于在高于200～300℃时易脱水、脱氨、分解或电导率太低等原因,而难以应用于高于这些温度下的氢氧燃料电池,氢传感器等能源和电化学器件。岩原分别于1981年和1988年发现,某些以低氧化态金属阳离子掺杂的钙钛矿型SrCeO3[7]和BaCeO3[8]烧结体,在600～1000℃下和含氢气气氛中显示良好的质子导电性。其后,又相继发现了BaZrO3[9]、SrZO3[10]、CaZrO3[11]等为母体的质子导电性。这一类氧化物烧结体是很有应用价值的功能性无机材料。使用这类固体电解质的测氢仪已实用于冶金工业熔融铝中氢含量的测定[12]。目前,关于这类无机氧化物材料离子导电性及其应用性研究已引起国内外的广泛兴趣。我们曾研究过BaxCe0.90Y0.10O3-�(x=0.80-1.20)离子导电性和非化学计量性的关系[13],发现在这个系列化合物中,Ba0.95Ce0.90Y0.10O3-�不仅具有最高的电导率(例如1000℃时,在干燥空气、湿润空气和氢气中的导电率分别为1.2×10-1,1.1×10-1,6.7×10-2S·cm-1),还具有比BaCe0.90Y0.10O3-�更高的化学稳定性。为了研究在氢气气氛中的离子导电性我们还以BaxCe0.90Y0.10O3-�为固体电解质,组成氢浓淡电池,测定了该浓淡电池的电动势和放电曲线。结果表明这个化合物在氢气气氛中显示几乎纯粹的离子导电性。为了进一步证实Ba0.95Ce0.90Y0.10O3-�的质子导电性,本文采用了氢的电化学透过(氢气泵)法,测定了该化合物在高温(600～1000℃)下氢的电化学透过速度和质子迁移数,并与用氢浓�收稿日期:1999-08-10。收修改稿日期:1999-10-06。*通讯联系人。第一作者:马桂林,男,50岁,博士,副教授;研究方向:无机材料。淡电池的电动势法获得的结果进行了比较。1实验方法1.1样品制备Ba0.95Ce0.90Y0.10O3-�样品按文献[13]类似方法制备。以Ba(CH3COO)2(99.9%,日本和光纯药株式会社),CeO2(99.9%,日本稀有金属株式会社,Y2O3(99.9%,日本稀有金属株式会社)为原料,按所需摩尔比称重,湿式混合,烘干,在瓷坩埚中灼烧。将所得混合氧化物研磨后置电炉中,在空气中、1250℃、煅烧10小时。然后经湿式球磨、烘干、过筛(200目),在不锈钢模具中以2×103kg·cm-2静水压压制成直径约18mm圆柱体,置电炉中,在空气中,1650℃,烧结10小时。烧结体的相对密度大于95%。将烧结体切割、磨光、使成为直径13mm、厚度0.6mm薄片。薄片两侧中心涂以铂黑(面积为0.5cm2)作为电极。1.2组成分析烧结体中Ba,Ce和Y含量用电感耦合高频等离子分光光度法(ICP)测定。仪器为日本岛津制作所ICPS-8000电感耦合高频等离子分光分析仪。烧结体样品溶于盐酸作为测定用溶液。检量线用Kishita化学株式会社提供的Ba、Ce、Y标准溶液作成。采用全元素三波长法对烧结体中的Ba、Ce、Y进行定量。1.3XRD谱测定用日本理学RINT2000X射线衍射仪测定烧结体的XRD谱,结晶相通过与JCPDS卡标准图谱比较而归属。X射线源为CuK�(�=1.54050�),管电压100kV,管电流50mA,扫描范围2�=20.000～80.000°,扫描速度10.000°·min-1。晶胞参数测定以Si(99.999%,日本和光纯药株式会社)为内标,扫描范围2�=70.000～130.000°,扫描速度2.000°·min-1。1.4氢的电化学透过(氢泵)图1氢的电化学透过示意图Fig.1Schematicofelectrochemicalhy-drogenpumping实验原理如图1所示。以Ba0.95Ce0.90Y0.10O3-�烧结体的圆形薄片为电解质隔膜,...