钙钛矿型化合物的导电性研究

有助于提高钙钛矿型化合物导电性的离子种类有限，表3.1列出了一些典型的化合物及其导电性与特性。在这些化合物中，氧化物离子导体广为人知，并且各种钙钛矿及其相关氧化物的离子导电性也得到广泛研究。多位研究者使用不同的实验手段和计算模型研究了钙钛矿型化合物中移动离子的传导行为。因此，通常情况下应注意钙钛矿型化合物容易进行电子导电，并且电子导电经常伴随于离子导电。

理论教育 2023-06-30

东陶公司微管电池的材料、制造工艺及性能测试

表10.2显示了东陶公司微管电池的材料及制造工艺。图10.6显示了使用N2中干燥H2作为燃料的微管单电池的典型I-V曲线。图10.7显示了不同温度、0.125A/cm2下测定的微管电池的阻抗谱，一般可以认为在最高频率处实轴的截距代表欧姆电阻，低频弧的宽度代表电极电阻，电极电阻随工作温度的降低明显增加，500℃下的欧姆阻抗非常高，高阻抗最有可能的原因是LDC40低的离子电导性。

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氧气示踪物的扩散系数优化

一般情况下，通过测定示踪物扩散系数可确定自扩散系数，此时氧气示踪物扩散系数D=fD，其中，f为相关因子，代表偏离跳跃点几率分布的程度。将β定义为然后将Dv定义为空位扩散系数，即因此，氧自扩散系数可表示为从这一点来看，检查该方程的组成部分以及这些因素对钙钛矿材料示踪物扩散系数的贡献具有指导意义。该阶段需强调的一点是自扩散系数的测定，对混合导电性钙钛矿材料尤是。

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「操作评价」：使用与评估14.4FC技能的实用性

虽然能量密度尚没有达到目标，但是证实了HMFC概念工作无任何严重问题。图14.9 试验电池A的AC阻抗光谱图14.10 阴极极化与PO2的相关性虽然在我们的FC中使用的阴极材料在SOFC中是普遍的，但是阴极极化远小于相关文献报道的使用块体电解质的SOFC［14］。表14.2 不同条件下试验电池B的OCV电池B的V-I性质如图14.11所示。研究表明HMFC有一个相对宽的操作温度窗口，不管系统设计还是燃料选择要求，进一步降低操作温度是可能的。

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少数人的劣行举动

图4.14显示了La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3电解畴的估算边界，其中纵坐标为，而横坐标为温度。图4.13 通过离子阻塞法分析掺Ni LSGM所得的典型I-E曲线图4.14 La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3在和温度倒数构成的平面内电解畴边界另一方面，如4.2节所述，掺杂少量Co将有效增强其电导率。1073K下，其估算电导率和Co含量的函数关系示于图4.15中。图4.15 PO2=10-5atm LSGM在1073K估算离子和电子电导率与掺钴量之间的函数关系

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解密材料科学的挑战：对称性减少、掺杂、混合位占据

在O1(黑色)和不基本、更频繁的O2(灰色)之间的质子转移预计控制长程，各向同性质子扩散］质子迁移不仅易受晶体对称性减少的影响，而且易受局部结构和受主掺杂或B位上混合占据诱导的化学扰动的影响。对CaZrO3来说，最良好的掺杂剂预计为Ga、Sc和In［45］。

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热电联产系统的研发与测试

随着10kW级模块能够满足直流目标规范的证明，热电联产系统被研发出来在完整的系统设置［19，20］中利用模块。图9.14中的图片显示了关西电力股份有限公司安装在六甲测试设施的10kW级热电联产系统。图9.14 10kW级CHP系统初始性能测验在系统中进行来确定设计规范。另一方面，整体系统效率为高热值的82％，当在60℃时，模块废气的热量恢复为热水。表9.4 10kW级CHP系统的测试结果①排气热在60℃下以热水回收。图9.15 10kW CHP系统的长期稳定性测试

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燃料适应性测试：DME+空气与H2/N2作为燃料的比较分析

图10.13显示了550℃下使用DME+空气混合气作燃料电池的性能。DME流速固定在85mL/min，过量空气系数分别为0.1、0.2、0.3和0.4，SOFC中没有重整气燃料的直接使用将大大简化系统，这对SOFC是重要的，尤其在便携和运输应用方面。如图10.13所示，使用DME+空气作燃料比使用H2/N2作燃料使电池性能更高，而且工作过程无积碳。图10.14显示了气相色谱分析的DME转化率和尾气成分，DME转化率和CO2含量随过量空气系数增加。这些结果说明微管电池用于直接燃料的工作具有很高的可能性。

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无序内在缺氧性的命名和水合作用探究

在足够高的温度时，Ba2In2O5、Sr2Fe2O5和Ba4O11会变得无序，因此游离氧空位将进行水化，但是在这种情况下缺陷化学是怎样进行的？让我们以Ba2In2O5为例：周围一定有氧空位，但是电荷补偿缺陷是什么呢？有人会说该材料是掺杂100％In的BaZrO3或者掺杂100％Ba的LaInO3。这个符号意味着空位和氧化物离子构成缺陷，它们真正的电荷与部分占据位的理想电荷不同。它获得的结果与普通的缺陷化学相似，但却没有依赖“100％”的掺杂或其他更加错误的方式。

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钙钛矿型氧化物离子导电性的初期研究

然而，从20世纪60年代开始，出现了一些对钙钛矿型氧化物离子导电性的开创性研究成果。对钙钛矿型氧化物离子导电性的研究源于科学家对铁电材料的兴趣。他们认为铁电材料的离子导电性受加工工艺及热释电性能等因素影响［4，5］。这些电池表现出了稳定的电动势，表明这类材料显示出离子导电性。不论在何种情况下，离子导电性的绝对数值均较低。因此，很明显，BaTiO3的离子导电性的贡献率依赖于单晶或多晶陶瓷的纯度和形貌。

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离子导电型导体移动氧离子扩散途径

实验得到的衍射数据可利用包括Rietveld分析、熵最大法、以熵最大法为基础拟合在内的组合手段进行分析［10-15］。为了减少Rietveld精修过程中因结构模型简单而引起的偏差，在MEM分析后还使用REMEDY循环这一递次求近法予以处理。当MEM成功获取核子密度时，MPF分析中基于结构因子与布拉格强度获得的可靠因子较Rietveld分析中获得的可靠因子低。图6.3 包括Rietveld分析、MEM和MPF在内的联合技术流程图［REMEDY循环用以改善核子密度的可靠性。FO为Rietveld分析所得结构因子实测数值。

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电子传导在SOFC中的重要性和影响

电极从电流收集器将电子传输到反应位。电子传导的重要性取决于电池堆的结构。对在电解质上制备成薄层的多孔电极而言，横向电流传输往往会成为一个严重的问题。一般来说，电子电导率高于100S cm-1才有利于被选为SOFC。如果电子电导率是10S cm-1，其电极厚度为50μm，而将电子传输1mm距离的阻抗高达2Ω cm-1。但是，报道称其电催化活性较低。而LnNiO3具有高电导率，但其在空气中不稳定。相反，K2NiF4型结构稳定，众多研究将其作为阴极材料。

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堆栈研发与热管理优化方案

堆栈是燃料电池串联最常用的术语。另一方面，成功的热管理对于堆栈组合部件的结构完整性非常重要。图9.6显示了单电池堆栈单元的方案。燃烧热被进一步利用于整个堆栈的热管理和它周围的设备组件的平衡器。互连部分的温和负载要求主要通过在电池堆栈顶部的压力实施。图9.8中显示的第四代1kW级堆栈包含连接在电气系列上的46个电池。为了扩大堆栈和设备组件平衡之间的热交换，一个额外的散热板被安装在堆栈内的中高位。

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深度探讨15.4缺陷化学与氧气电化学渗漏问题

图15.4显示了测试的氧的数目对氧气分压的曲线，氧的数目随着氧气分压的减小从3开始降低，因此LaCrO3晶格上形成了氧空位，是氧离子的扩散途径。空穴浓度由实验和计算的氧气非计量数据确定，对LaCrO3基氧化物中氧气化学电位的分布以及氧气的电化学渗漏进行了精确的分析。

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空气电极微结构及纯氢燃料电池阴极材料性能对比研究

图9.3b为标准电池的空气电极在空气中焙烧微结构的SEM图像。图9.5显示了有两种不同的阴极材料Ba0.5La0.5CoO3-δ和SSC构成的电池，使用纯氢为燃料，在750℃下的I-V-P特性的对比发现，由BLC阴极构成电池具有和使用SSC为阴极材料的电池相似的性能［17］。

理论教育 2023-06-30

LSM的化学和形态稳定性分析

LSM阴极的另一个可能的问题是形态的不稳定。Miyoshi等人［27］报道LaMnO3在氧化和还原交替运行时其表面形态急剧变化。如果在阴极支撑的电池堆中使用LSM，形态变化对机械稳定性产生不良影响。因此，从形态稳定性这一角度来看，应优先考虑Sr浓度较高的组成。图7.8 LaMnO3的形态稳定性［样品在空气中1673K下烧结4h成为光滑的；在1bar氧气中1273K下氧化300h；然后在10-2bar氧气中1273K下还原300h］图7.9 La1-xSrxMnO3+δ的非化学计量氧

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