Gd₂O₃掺杂量对Ce_1-xGd_xO_2-δ电解质导电性能的影响

刘媛媛^1,2,3，李舒婷^1,2，彭军^1,2，安胜利^1,2

1. 内蒙古科技大学材料与冶金学院2. 内蒙古先进陶瓷材料与器件重点实验室3. 内蒙古科技大学化学与化工学院

摘 要：在500～700℃时,Gd₂O₃掺杂CeO₂具有较高的离子电导率,从而被广泛应用于中温固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）中。但在SOFC运行时,在电池的阳极侧Ce⁴⁺会被还原成Ce³⁺,产生电子泄露现象,从而造成SOFC电池性能的衰减。采用溶胶-凝胶法成功制备Ce_1-xGd_xO_2-δ（x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,摩尔分数）固体电解质,研究不同Gd³⁺掺杂量对GDC电解质总电导率和电子电导率的影响,同时对总电导率、电子电导率与温度、氧分压之间的关系进行分析。结果表明:测试温度为750℃、Gd³⁺掺杂量为0.20时,GDC电解质的总电导率最大,达到8.59×10^-2 S·cm^-1;电子电导率随着Gd³⁺掺杂量的增大而降低,当Gd³⁺掺杂量为0.10、测试温度为750℃时,GDC电解质的电子电导率最大,为6.47×10^-4 S·cm^-1。Gd₂O₃掺杂量为0.20的GDC电解质具有最高的总电导率和较小的电子电导率,从而突显出最高的离子电导率。

关键词：固体氧化物燃料电池;Ce_1-xGd_xO_2-δ电解质;电导率;Hebb-Wagner极化法;