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氧化锆电池在电池应用中的优势

发布时间: 2021-12-16  点击次数: 102次

  氧化锆是锆的主要氧化物,通常状况下为白色无臭无味晶体,难溶于水、盐酸和稀硫酸。它化学性质不活泼,且具有高熔点、高硬度、高折射率和低热膨胀系数的性质,使它成为一种极其重要的耐高温材料和陶瓷材料。

  近年来,随着锂电池的飞速发展以及对固体氧化物燃料电池研究的不断深入,氧化锆在电池中的应用潜力不断被开发出来,在电池中扮演重要角色。

  我们今天就以电池的三大组成之一的电解质来解读。

  固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效清洁的能量转换体系,它可将燃料气体和氧化气体的化学能直接转换成电能,并具有发电效率高,启动时间短,应答速度快,体积小,污染低,易于组装和维护等优点,被誉为继水力发电、热能发电和核能发电之后的一种高效、节能、环保的新型型发电技术。SOFC的开发与应用已成为当前新材料和新能源领域的一个研究热点。

  在SOFC中,电解质的选择和制备是最重要的环节之一。SOFC要求电解质具有1.高的离子电导率(≥0.1S/cm),2.低的电子迁移数(<10-3),3.与电极材料、氧和燃气保持化学稳定,4.在一个较宽的温度和氧分压范围内保持热力学稳定,5.与其它电池组件在热膨胀系数上匹配,具有良好的气密性以及适宜的力学性能等。这些性能要求限制了电解质材料的选择范围,目前只能限于以氧化物为基体的陶瓷材料。

  而立方相的氧化锆因为具有良好的高温氧离子传输性能,在SOFC中可作为固体电解质材料使用。氧化锆基电解质属于高温电解质,但是同时面临着一个难题,高温的操作温度容易引起电极烧结、致使电池组件材料在界面处发生相互扩散、产生热膨胀失配、最后引发性能的快速老化,造成使用效率低下,资源浪费等问题。关于这个问题的解决方法,一个重要思路就是减小电解质的厚度。为什么呢?这是因为减小电解质的厚度能够降低电池的欧姆损耗,而使用氧化锆基电解质薄膜就能低电池的操作温度,使电池保持高性能,采用氧化锆是提升电池效能的有效途径。


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