复相结构设计高导电性锆酸盐质子导体研究

锆酸盐质子导体是重要固态电解质材料，在未来氢能时代将发挥重要作用,在燃料电池、氢泵、氢传感器、加氢脱氢反应等方面应用前景广阔。该材料晶粒电导较高，但晶界电导太低，是材料导电性薄弱和控制环节，从而造成总电导率不高，成为影响应用的最大障碍。基于晶界对电导率的控制机理和材料特性，提出在锆酸盐晶界引入传导质子的无机盐以提高晶界质子电导的复相结构设计新思路，通过材料复合和烧成控制，使无机盐在锆酸盐晶界达到均匀分布，改善晶界特性，在工作温度下盐类物质发生超离子相转变，提高质子迁移速度，同时晶界异相界面上形成空间电荷分布，增进界面上质子传导，使材料总电导率大幅提高到可应用的0.01S/cm以上。通过阻抗谱解析以及组装浓差电池，测量电动势，进而计算得到质子迁移数。从理论上综合归纳与分析材料中导电机理及贡献，证明在复相结构材料中的质子导电特性以及材料总电导率提高的最主要贡献来自于晶界质子导电能力的提高。