新型高价阳离子导电固体电解质的制备及应用
高价离子导电固体电解质由于与周围离子的静电引力大，电导率普遍偏低，对具有NASICON型结构的高价离子导体材料进行异种离子掺杂，改善晶体结构和扩展离子传导通道，提高其烧结性能，是增加其离子电导率的有效途径。 将具有三维NASICON型结构的三价Al3+离子导电固体电解质中的P位分别用V、Mo、B三种元素进行部分取代，利用高温固相反应法合成了固体电解质(Al0.15Zr0.85)4/3.85NbP3-xVxO12(0.0≤x≤0.2)、(Al0.2Zr0.8)(4-x)/3.8NbP3-xMoxO12(0.0≤x≤0.2)和(Al0.2Zr0.8)(4+2x)/3.8NbP3-xBxO12(0.0≤x≤0.2)，利用X射线衍射技术(XRD)和扫描电子显微镜技术(SEM)对样品的相组成及微观形貌进行表征，结果表明，制备的固体电解质材料具有三维NASICON型结构，与未掺杂的固体电解质相比，其晶粒连接紧密，致密性明显增强。通过直流极化法测试表明Al3+是主要传导离子，电子传导可忽略不计。 利用掺杂制得的固体电解质电性能也得到了极大改善，固体电解质(Al0.15Zr0.85)4/3.85NbP3-xVxO12(x=0.1)的电导率600℃下为2.32×10-3S·cm-1，比未掺杂的(Al0.15Zr0.85)4/3.85Nb(PO4)3提高了将近一个数量级。与未掺杂的铝离子导电固体电解质(Al0.2Zr0.8)4/3.8Nb(PO4)3相比，(Al0.2Zr0.8)(4-x)/3.8NbP3-xMoxO12(x=0.15)和(Al0.2Zr0.8)(4+2x)/3.8NbP3-xBxO12(x=0.1)导电活化能降低，提高了其反应活性，600℃下的电导率分别提高了2.38和1.09倍。 以(Al0.15Zr0.85)4/3.85NbP2.9V0.1O12为固体电解质，NaNO3为敏感材料制备了NO2传感器，150℃为最佳工作温度，且响应稳定性高，抗干扰性能良好。另外，分别以(Al0.2Zr0.8)3.85/3.8NbP2.85Mo0.15O12和(Al0.2Zr0.8)4.2/3.8NbP2.9B0.1O12为固体电解质，铝含量为2wt%的锌铝合金为参比电极制备的铝传感器在500℃下的响应信号较稳定，且响应迅速，其电位响应值与Al含量的对数有良好的线性关系，符合能斯特方程。
高价离子导电;固体电解质;离子掺杂;高温固相反应;电导率;铝传感器
华北理工大学
硕士
化学工程
戴磊;姚维学
2017
中文
TM215;TM201.44
73
2019-03-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）