多元复合改性氧化锆粉体的化工制备工艺及SOFC体系长周期运行稳定机制研究

　　

摘要：针对单一钇稳定氧化锆电解质在SOFC长周期服役中面临的晶粒粗化、氧空位缔合及低温老化降解等问题，本文提出反向共沉淀水热耦合制备Ca-Y多元复合改性氧化锆粉体的方法，通过调控粉体本征特性与烧结工艺构建细晶均匀陶瓷，并结合850 ℃/1000 h高温老化试验，从晶界偏析行为与缺陷化学演化角度解析其长周期稳定机制。结果表明，该工艺可获得粒径约7 nm且组分原子级均匀的纳米粉体，最优2.0 mol% CaO-0.5 mol% Y₂O₃配方陶瓷经1210 ℃烧结后致密度达98.1%并保持纯四方相；老化1000 h后晶粒仅增至152 nm、单斜相含量低于1 vol%，800 ℃电导率衰减在600 h后趋于亚稳态平衡，证实Ca²⁺晶界选择性偏析形成的缺陷簇通过钉扎晶界抑制粗化与缓解氧空位-Y³⁺缔合的双重协同作用，有效保障了电解质的长周期电化学稳定性，为高性能SOFC氧化锆基电解质的工业化制备提供了理论依据与工艺支撑。

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