烧结助剂对BaZrCeYO电解质烧结行为及电导率的影响

作     者：张婧慧 陆晓彤 毛海雁 田亚洲 张山林 

作者机构：中山大学化学工程与技术学院 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主　　题：质子导体型固体氧化物燃料电池 BaZr Ce Y O 电解质 烧结助剂 烧结行为 电导率 

摘      要：BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-δ（BZCY）作为质子导体型固体氧化物燃料电池的典型电解质材料之一，具有高质子电导率及高稳定性等优点。然而，BZCY电解质的烧结活性较差，烧结致密通常需要较高的烧结温度，而过高的烧结温度并不利于电池的制备及应用。本研究旨在降低BZCY电解质的烧结温度，通过引入NiO、Fe2O3、ZnO与CuO等烧结助剂，探讨了烧结助剂对BZCY烧结特性的影响。结果表明，除Fe2O3外，其余氧化物均能有效促进BZCY烧结体的晶粒生长。其中，添加CuO对BZCY的烧结过程具有最为显著的促进作用。在BZCY中添加质量分数2%的CuO（BZCY-2%CuO）后，即使烧结温度降低至1250 ℃，烧结体仍能保持高于98%的相对密度。此外，在600 ℃、湿H2气氛下，BZCY-2%CuO的电导率高达0.027 S·cm–1，且在加湿H2下的电导率相较于加湿空气高出近5倍。更为关键的是，BZCY-2%CuO电解质在电池工作条件下的电子导电性可以忽略不计，同时保持了优异的稳定性。