低温燃烧法制备掺杂NiO的Beta-Al2O3固体电解质

doi:10.7503/cjcu20160143

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (6): 1030.doi: 10.7503/cjcu20160143

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低温燃烧法制备掺杂NiO的Beta-Al₂O₃固体电解质

洪永飞, 朱承飞(), 黄攀, 吉光辉

南京工业大学材料科学与工程学院, 南京 210009

收稿日期:2016-03-11 出版日期:2016-06-10 发布日期:2016-05-26
作者简介:联系人简介: 朱承飞, 男, 博士, 副教授, 主要从事钠硫电池与材料的腐蚀和防护研究. E-mail:zhucf@njtech.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21203095)、中国博士后科学基金(批准号: 2012M511261)和江苏高校优势学科建设工程项目(批准号: 20141371)资助

Preparation of NiO Doped Beta-Al₂O₃ Solid Electrolyte via a Low Temperature Combustion Method^†

HONG Yongfei, ZHU Chengfei^*(), HUANG Pan, JI Guanghui

College of Materials Science & Engineering, Nanjing Tech. University, Nanjing 210009, China

Received:2016-03-11 Online:2016-06-10 Published:2016-05-26
Contact: ZHU Chengfei E-mail:zhucf@njtech.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21203095), the China Postdoctoral Science Foundation(No.2012M511261) and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions, China(No.2014(37))

摘要/Abstract

摘要：

以Li₂O为稳定剂, 柠檬酸(CA)为络合剂, 采用溶胶-凝胶低温燃烧法制备掺杂NiO的Beta-Al₂O₃固体电解质. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重/差热(TG/DSC)分析及抗弯强度、体积密度和交流阻抗测试研究了固体电解质的结构与性能. 结果表明, 当NiO的含量(质量分数)达到0.10%时, Beta-Al₂O₃固体电解质的形貌致密, β″相含量达到88.33%, 相对体积密度为99.75%, 抗弯强度为248 MPa, 350 ℃下的电导率为0.108 S/cm.

关键词: Beta-Al2O3固体电解质, 溶胶-凝胶低温燃烧法, NiO掺杂, 抗弯强度

Abstract:

NiO doped and Li₂O stabilized Beta-Al₂O₃ solid electrolyte was synthesized via a citrate sol-gel low temperature combustion method. Effects of the NiO content on the mechanical and electrical performances were studied by means of thermogravimetry/differential scanning calorimetry(TG/DSC), X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM). Meanwhile, the relative density, the bending strength and the electrical properties of the prepared samples were also measured. When the content(mass fraction) of NiO in Beta-Al₂O₃ solid electrolyte is 0.10%, the content of β″-Al₂O₃ phase is 88.33%, the microstructure is uniform and compact, the relative density is 99.75%, the bending strength is up to 248 MPa and the ionic conductivity can reach 0.108 S/cm at 350 ℃.

Key words: Beta-Al2O3 solid electrolyte, Sol-gel low temperature combustion method, NiO doping, Bending strength

中图分类号:

O614.8
O646

TrendMD:

洪永飞, 朱承飞, 黄攀, 吉光辉. 低温燃烧法制备掺杂NiO的Beta-Al₂O₃固体电解质. 高等学校化学学报, 2016, 37(6): 1030.

HONG Yongfei, ZHU Chengfei, HUANG Pan, JI Guanghui. Preparation of NiO Doped Beta-Al₂O₃ Solid Electrolyte via a Low Temperature Combustion Method^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(6): 1030.

图/表 10

Fig.1 XRD patterns of the dry gel without(a) or with 0.15% NiO(b)

Fig.2 TG/DSC curves of the dry gel without(A) and with 0.15% NiO(B)

Fig.3 XRD patterns of precursor calcined at different temperaturesCalcination temperature/℃: a. 900; b. 950; c. 1000; d. 1050; e. 1100; f. 1150.

Fig.4 XRD patterns of the sintered samples with various amounts of NiOw(NiO)(%): a. 0; b. 0.05; c. 0.1; d. 0.15; e. 0.2; f. 0.25.

Fig.5 Cross section micrograph of the sintered samples with various amounts of NiOw(NiO)(%): (A) 0; (B) 0.05; (C) 0.1; (D) 0.15; (E) 0.2; (F) 0.25.

Fig.6 Density and relative density of the sintered samples with various amounts of NiO

Fig.7 Bending strength of the sintered samples with various amounts of NiO

Fig.8 Arrhenius plot of the sintered samples with various amounts of NiO

Fig.9 Impendence spectra of the sintered samples with various amounts of NiO at 350 ℃

Fig.10 Ionic conductivity of the sintered samples with various amounts of NiO at 350 ℃Inset: equivalent circuits at different NiO contents. L1: Inductance due to platinum wire and silver electrode; R0: lead wire resistance; Rg: grain resistance; CPEg: grain capacitance; Rgb: grain boundary resistance; CPEgb: grain boundary capacitance; CPEd1: a double layer capacitance; Rct: charge transition resistance.

参考文献 26

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