溶胶凝胶法制备MgO稳定的Na-β”-Al2O3固体电解质及其掺杂改性研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xll526
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近些年来,钠离子电池(钠/硫和钠/金属氯化物)因其具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、成本低等诸多特点,近来科学家开始纷纷研究其在储能方面的应用。而钠离子电池所用固体电解质为Na-β"-Al2O3陶瓷,其性能对整个电池的性能有着重要的影响,因而近年来被广泛研究。  传统方法制备Na-β"-Al2O3电解质一般是利用固相合成法,此方法需要很高的反应温度和较长的时间,这使得电解质中有效成分Na2O在高温下挥发损失,严重影响了电解质管的导电性能。相对于固相反应过程,湿化学反应路线,如溶胶凝胶法、溶液燃烧合成法、共沉淀法等,对于陶瓷材料的合成是一个较好的选择。湿化学方法使反应试剂可以在分子水平上混合,使反应物能充分反应从而得到高质量的样品。本论文用溶胶凝胶法制备MgO稳定的固体电解质Na-β"-Al2O3,研究了预烧温度、高温烧结制度对最终产品性能的影响,并研究了8mol%Y2O3稳定的ZrO2和TiO2掺杂对样品性能的影响并讨论其机理,并比较和讨论不同成分样品的机械强度和电性能。我们通过借助X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),差示扫描量热仪(TG/DSC),系统的分析了前驱体粉末和高温烧结样品,还表征和讨论了烧结样品的相对密度,机械强度和离子电导率。  研究表明,当柠檬酸与金属阳离子摩尔比值为1.0时,β"相的相对含量最高为79.13%,相对密度在94%(表观密度约2.97g.cm-3)左右,机械强度在110MPa左右,300℃时钠离子电导率在0.012 S·cm-1左右。溶胶凝胶制备Na-β"-Al2O3过程中,亚稳态过度相m-Al2O3的存在更有利于形成β"-Al2O3固体电解质。前躯体粉末的煅烧温度是影响样品中β"相纯度的关键因素,当粉末煅烧温度为950℃时,烧结样品中β"相的纯度是84.1%,此外,该样品在300℃时的离子电导率是0.016S·cm-1;样品在950℃预烧后,在1590℃左右烧结30分钟,得到β"相的相对含量最高,可达到91.95%,电导率达到0.025S·cm-1。  TiO2掺杂对提高样品的电性能起到重要的作用,但是过量的TiO2掺杂会降低样品的机械强度;而8Y-ZrO2掺杂可以提高样品的机械强度,但是过量的8Y-ZrO2掺杂会降低样品的电性能。实验表明,掺杂量对最终样品的性能起到关键作用,当样品掺杂1.0wt% TiO2(1.5wt% C16H36O4Ti)时,样品的β"相含量为90.28%,微观结构比较致密均匀,相对密度达到99.8%(约3.15g.cm-3左右);而且,样品的机械强度和钠离子电导率达到180MPa和0.17S·cm-1(300℃)。过量的TiO2掺杂会促使β相的生成,使微观结构松散产生气孔,从而降低样品的机械强度和钠离子电导率。当8Y-ZrO2的掺杂量为20wt%时,样品的机械强度达到309MPa,但是样品的β"相含量和钠离子电导率降低到71.21%和0.049S·cm-1(300℃)。当样品掺杂1.0wt% TiO2的同时掺杂10wt%的8Y-ZrO2,样品的机械强度提高到190MPa的同时,样品的β"相含量和钠离子电导率可以保持在88.54%和0.16S·cm-1(300℃),所有共同掺杂样品的相对密度都在98%以上。所以为了提高样品机械强度的同时不降低样品的电性能,TiO2和8Y-ZrO2的最佳掺杂量分别在1.0 wt%和5-10wt%。
其他文献
该文根据复各材料设计原理.结合高分子类抗 蚀损材料的特点,设计并研制出玻璃短纤维/改性酚醛树脂复合材料(FRT复合材料),并对其力学性能和抗蚀损性能进行较系统的研究.通过
本论文由两部分组成。第一部分,也是论文的主要部分,研究了Pr,Mn共激活的几种铝酸盐和硼酸盐材料中的量子剪裁现象,着重讨论了LaMgBO:Pr,Mn中Pr→Mn能量传递过程。第二部分,研究了
生活化教学模式在高中语文阅读教学中的应用能够充分提升阅读教学的有效性,让阅读教学课堂充满了魅力,促进了学生语文核心素养的提升.生活化教学充分体现了语文的学科特点,将
本文分别以无水四氯化锆和正硅酸乙酯为锆源和硅源,LiF为矿化剂,乙醇为溶剂,炭黑为还原剂,创新性地采用非水解溶胶-凝胶工艺首次成功制备出国内外未见任何文献报道的硅酸锆晶须。
各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委)、发展改革委:rn为贯彻落实《中共中央国务院关于推进价格机制改革的若干意见》和《国务院办公厅关于深化改革推
期刊
咏史怀古诗是高中古诗词教学的重点,但从当前教学现状来看,教学效果并不理想,出现碎片化、模式化等多方面问题,对高中生的学习产生了一定的阻碍.基于此,本文针对群文阅读在高
该文用四毛细管桥路示差粘度让(DV)和直角激光光散射(RALLS)成为传统SEC/RI的在线检测器后,实现了SEC/RI/DV/RALLS的联用.论文在安装、调试多检测器SEC的基础上,表征分析了多
222Rn/220Rn是地球上无处不在的放射性气体,222Rn/220Rn子体是放射性气溶胶,吸入人体产生的辐照可诱发肺癌。UNSCEAR2000年报告指出,对世界正常本底地区,222Rn/220Rn及其子体产生
该文从以下几个方面进行研究:(1)采用熔盐-交换法合成NdCl-FeCl-GIC,研究反应渐度、反应时间、熔盐配比、插入反应催化剂对反应产物阶结构的影响.(2)利用X射线衍射(XRD)和X射
新闻评论rn你知道一双球鞋能被拍卖上千万,堪比一幢别墅吗?你可知一双1997年的旧球鞋能被追捧至今,只因球星乔丹曾着此战靴,赢下那场经典的“天王山之战”?其实大千世界,无奇
期刊