一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法技术

本发明专利技术公开了一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法，直接测试BaCo

【技术实现步骤摘要】
一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法


[0001]本专利技术涉及质子陶瓷燃料电池领域，具体涉及一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法。

技术介绍

[0002]在固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极中，混合离子/电子导体电极因其能够增加空气/电极/电解质三相界面且能够增强阴极反应速率受到广泛关注。中温范围(400
–
700℃)质子导电燃料电池拥有以下优点：(1)质子传导电解质拥有更高的电导率相比于氧离子导体SOFC；(2)水产生于阴极避免稀释燃料。阴极的催化活性随着温度降低而降低，这通常是限制速率的一个重要因素，所以阴极材料须拥有高空穴浓度和高电导率。但是迄今为止，定量氧空位/质子/空穴混合导电氧化物的质子电导率并非易事。
[0003]阴极材料内质子的形成浓度和速率是影响阴极材料性能的关键指标，能够准确的测量阴极材料内质子表面交换速率对于评估阴极材料在电池上应用潜力和对其进行进一步改进具有重要的参考意义。但是测量材料内的质子浓度和质子形成速率是一件非常困难的事情，即使用二次离子质谱的方式，也无法准确探测质子缺陷在材料内部的准确浓度。同时，质子在阴极材料内部的生成必须依赖于外界环境中水的存在，这也极大的限制了各种测量手段的应用。
[0004]Daniel Poetzsch和R.Zohourian等之前主要采用热重弛豫法，通过测量样品质量在外界气氛中水蒸气含量改变后的变化过程来确定质子缺陷浓度，通过反应吸收质子测定质子浓度，从质子扩散率出发给出质子电导率范围。但是通过热重弛豫法对试样量、气氛流速、装填方式等等都有一定的影响，且需要分析很多化学缺陷反应，利用各种假设排除一定的误差。所以急需发展一种能够简单高效测量阴极质子交换速率的方法，要简单易行，外部因素影响少，能够更加准确的表征质子交换速率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法，其可以自动实现油、渣、水的彻底分离，大大减轻了工人的劳动强度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法，包括以下步骤：
[0008](1)采用直流四端子法测试样品在550
‑
700℃范围内的电导率；
[0009](2)通过加热器调节进入样品内气体中水蒸气的含量，在5％
‑
10％水分压湿润大气下电导率逐渐降低稳定后转变为干燥气氛，电导率会逐渐升高并达到平衡状态；
[0010](3)将样品置于550
‑
700℃下，待样品电导率稳定后，瞬间改变通入样品内气体中水蒸气含量，同时连续记录样品电导率σ随时间的变化过程，待该电导率逐渐达到稳定后，测量过程结束；
[0011](4)改变样品测试温度，在550
‑
700℃范围内的不同温度下，测量样品电导率在气
体中水蒸气含量改变后的变化过程；
[0012](5)将电导率变化曲线归一化处理后，通过公式NC(t)＝1
‑
exp
At
拟合得到指数A，则样品的表面交换速率K
δ
＝1/2AD，其中D为样品的厚度。
[0013]优选地，所述步骤(1)中，样品包括BaCo
0.4
Fe
0.4
Zr
0.1
Y
0.1
O3‑
δ
。
[0014]优选地，所述步骤(3)中，平衡状态下切换不同水蒸气含量的气体，然后样品电导率逐渐达到另一个平衡状态。
[0015]优选地，所述步骤(5)中，通过对电导率随时间的变化过程进行归一化处理，并进一步拟合得到质子表面交换速率K
δ
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]1)本专利技术直接测试钙钛矿材料BaCo
0.4
Fe
0.4
Zr
0.1
Y
0.1
O3‑
δ
(BCFZY)在湿润气氛以及在干燥气氛下的电导率，通过突然改变外界气氛中水蒸气含量，此时材料表面会立即发生如下反应在该过程中，质子进入材料内伴随着材料内部空穴的消耗，由此导致材料电导率的变化，因此利用测量材料电导率的变化过程测出材料的质子表面交换速率，具有简单易行的特点。
[0018]2)本专利技术可以简便快捷的测量质子导体阴极材料的质子表面交换系数。且测量方法可靠，数据准确，测量过程与质子导体阴极材料自身工作过程高度相似。
附图说明
[0019]图1为本专利技术中BCFZY的电导率图；
[0020]图2为本专利技术实施例1中BCFZY在600℃下10％水分压下电导率变化图；
[0021]图3为本专利技术实施例1中BCFZY在600℃气体(21％O2)流速100ml/min下归一化电导率变化图；
[0022]图4为本专利技术实施例2中BCFZY在600℃气体(21％O2)流速50ml/min下归一化电导率变化图；
[0023]图5为本专利技术实施例3中BCFZY在600℃气体(100％O2)流速100ml/min下归一化电导率变化图；
[0024]图6为本专利技术实施例4中BCFZY在550
‑
700℃下的质子表面交换系数；
[0025]图7为本专利技术实施例5中不同质量的BCFZY在600℃下的质子表面交换系数。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法，包括以下步骤：
[0029](1)采用直流四端子法测试样品在600℃的电导率；
[0030](2)通过加热器调节进入样品内气体中水蒸气的含量，气体流速100ml/min，在10％水分压湿润大气下(21％O2)电导率逐渐降低稳定后并达到平衡状态；
[0031](3)将电导率变化曲线归一化处理后，通过公式NC(t)＝1
‑
exp
At
拟合得到指数A，则样品的表面交换速率K
δ
＝1/2AD，其中D为样品的厚度。
[0032]图2是为BCFZY在600℃下10％水分压下电导率变化图，BCFZY内的空穴含量不断被消耗，电导率不断减小；对电导率变化曲线进行归一化处理后进行拟合得到图3所示的曲线，拟合系数A是9.32*10
‑4,计算得到质子表面的交换系数K
δ
＝3.26*10
‑5cm s
‑1。
[0033]实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用电导弛豫测量材料质子表面交换速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用直流四端子法测试样品在550
‑
700℃范围内的电导率；(2)通过加热器调节进入样品内气体中水蒸气的含量，在5％
‑
10％水分压湿润大气下电导率逐渐降低稳定后转变为干燥气氛，电导率会逐渐升高并达到平衡状态；(3)将样品置于550
‑
700℃下，待样品电导率稳定后，瞬间改变通入样品内气体中水蒸气含量，同时连续记录样品电导率σ随时间的变化过程，待该电导率逐渐达到稳定后，测量过程结束；(4)改变样品测试温度，在550
‑
700℃范围内的不同温度下，测量样品电导率在气体中水蒸气含量改变后的变化过程；(5)将电导率变化曲线归一化处理后，通过公式NC(t)＝1
‑
exp
At
...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，任柯柯，黄容，潘翔，程继贵，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：