燃料电池中温固体电解质 材料研究

本文对复合掺杂的氧化铈和氧化铋基中温固体氧化物电解质材料进行了系统的研究，阐明了多种掺杂对材料电学、力学性能和显微结构的影响，并在实验数据和理论分析基础上，优选了中温固体电解质组分。利用静态法计算了氧化铈电解质中氧空位迁移的最小势能通道。在氧化铈电解质中主要的跃迁形式是次近邻之间以及次近邻和最近邻之间跃迁，此时跃迁势垒高度与电导活化能具有相同的量值。对掺杂离子和氧空位的结合能计算发现，铝离子最易与空位缔合，而钆离子等稀土金属离子不易与空位缔合。加入少量的氧化铝即可显著降低电导率。本工作为预测掺杂对氧化铈基电解质材料性能的影响提供了理论依据。 本文工作发现，复合掺杂的固体电解质材料，可以在一定范围内进行性能的调节，从而得到良好的综合性能，因此，比单一组分掺杂具有更大的优越性，这是今后固体电解质材料研究的主要发展方向。