【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（SOFC）由三部分组成:阴极、阳极和电解质。其中,致密的电解质可以防止燃料气与氧气接触发生爆炸,并保证O2-快速传输以获得高离子电导率。在中低温（＜800℃）下,Ce O2基电解质能获得优异的离子电导率,并且与常用的电极材料有很好的相容性。然而,Ce O2基电解质存在两大缺点:一是在还原或高温条件下,Ce4+易还原为Ce3+而产生电子电导;二是在1400℃下很难致密化。高于14
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固体氧化物燃料电池（SOFC）由三部分组成:阴极、阳极和电解质。其中,致密的电解质可以防止燃料气与氧气接触发生爆炸,并保证O2-快速传输以获得高离子电导率。在中低温（＜800℃）下,Ce O2基电解质能获得优异的离子电导率,并且与常用的电极材料有很好的相容性。然而,Ce O2基电解质存在两大缺点:一是在还原或高温条件下,Ce4+易还原为Ce3+而产生电子电导;二是在1400℃下很难致密化。高于1400℃的温度烧结将导致制备的电解质机械性能变差,从而增加制造成本、加速老化速率以及导致电池各部分兼容性差等问题。添加适量的（＜5 wt%）烧结助剂能够改善电解质的烧结性能,并提高电解质的电性能。与单一的烧结助剂相比,双烧结助剂的添加对Ce O2基电解质的性能有较大地提高。本文以Nd2O3掺杂的Ce O2（NDC）为研究体系,Bi VO4、Bi2O3/ZnO作为烧结助剂,系统地研究Bi VO4（1-5 wt%）及不同比例的Bi2O3/ZnO对NDC结构及电性能的影响,确定最佳的加入量及比例,以提高NDC电解质的致密性及电导率。采用溶胶-凝胶法制备Bi VO4（BV）、Nd0.2Ce0.8O1.9（NDC）及NDC基电解质;通过X-射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）等手段对制备的样品进行相分析及微观形貌观察;采用电化学工作站测试样品的交流阻抗谱。（1）将BV加入到NDC电解质中,烧结温度从1400℃降低到1200℃。通过FE-SEM观察样品截面形貌并计算收缩率。BV起到烧结助剂的作用,促进电解质的致密化过程。在700℃时,总电导率为3.35×10-2 S?cm-1,极化电阻降低34%,而最大功率密度达到514 m W?cm-2。电池的开路电压在70 h后仍能维持较好的长期稳定性。（2）以“Bi2O3+ZnO”（Bi/Zn）作为双烧结助剂,“Bi2O3+ZnO”表现出优于Bi2O3或ZnO单烧结助剂的作用,3Bi/1Zn-NDC电导率和致密性均明显提高。700℃时,3Bi/1Zn-NDC总电导率为5.89×10-2 S?cm-1,是4Bi-NDC和4Zn-NDC总电导率的4.60、4.51倍。以3Bi/1Zn-NDC电解质组装单电池,其开路电压为0.67 V,700℃时功率密度达到402.25 m W?cm-2。单电池在50 h的长期稳定性测试中保持良好的功率输出和稳定的开路电压。BiVO4及Bi2O3/ZnO均能有效地降低NDC电解质的烧结温度及提高致密度,是良好的烧结助剂,明显改善NDC电解质的电性能。
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