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2019年6月10日 星期
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日本开发出可在中低温区工作的
固体电解质型设备

  本报讯   日本九州大学岛之江宪刚教授和渡边贤副教授等与三井金属矿业株式会社共同研发了能够在600℃以下的中低温区工作的氧化物离子导电固体电解质型设备。

  现在一般的固体电解质型设备都是采用铂电极材料和通过氧化物离子进行导电的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质来制作,但需要在600℃以上才能正常工作。该研究中,三井金属矿业采用独有制造技术开发了具备优越氧化物离子导电率的定向性磷灰石型固体电解质(材质为镧和硅的氧化物)。

  该固体电解质在600℃时的氧化物离子传导率是传统电解质(钇锆氧化物YSZ)的10倍以上,在300℃时达到1000倍左右。九州大学开发了具备优越的氧活性及混合导电性的钙钛矿型结构的氧化物电极材料(铁系钙钛矿化合物),在400℃以下具有很高的氧活性和良好的混合传导性。在此基础上,研究人员仔细研究了界面接合技术,将这些技术融为一体,成功开发了能够在中低温区域工作的固体电解质型设备。

  该设备在600℃的条件下施加直流0.5V时,获得每平方厘米161毫安的电流。此数据与目前使用普通铂电极和YSZ固体电解质的设备相比,大约高了27倍。这说明采用新技术和新材料制作的设备的工作温度降低了200℃左右。该成果不仅可用于制造固体电解质型气体传感器、氧气分离膜,降低固体氧化物燃料电池(SOFC)生产成本,降低器件功耗,而且对开发适应未来物联网(IoT)社会需要的高性能新设备具有重要意义。

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