Sn0.9Mg0.1P2O7的中温离子导电性

doi:10.3866/PKU.WHXB201210101

物理化学学报 >> 2012, Vol. 28 >> Issue (12): 2893-2897.doi: 10.3866/PKU.WHXB201210101

Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇的中温离子导电性

王洪涛, 孙林, 陈继堂, 罗春华

阜阳师范学院化学化工学院, 安徽阜阳 236041

收稿日期:2012-07-16 修回日期:2012-10-09 发布日期:2012-11-14
通讯作者: 王洪涛 E-mail:hongtaoking3@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(50903018)资助项目

Ionic Conduction in Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇ at Intermediate Temperatures

WANG Hong-Tao, SUN Lin, CHEN Ji-Tang, LUO Chun-Hua

College of Chemistry and Chemical Engineering, Fuyang Teachers College, Fuyang 236041, Anhui Province, P. R. China

Received:2012-07-16 Revised:2012-10-09 Published:2012-11-14
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (50903018).

摘要/Abstract

摘要：

采用固相法合成了Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇, 用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)测试方法对样品进行了表征. 粉末XRD结果表明, 该样品为单一立方相SnP₂O₇结构. 采用多种电化学方法研究了样品在中温范围内(323-523 K)质子和氧离子导电性. 样品在湿润氢气气氛中423 K下, 电导率达到最大值5.04×10^-2 S·cm^-1. 该样品在氢气气氛中的离子、质子、氧离子和电子迁移数(N_t)分别为0.95-1.00、0.84-0.96、0.04-0.10和0.00-0.05, 该样品在氢气气氛中几乎是一个纯离子导体, 其中, 质子导电为主, 同时具有一定的氧离子导电和少量的电子导电. 以该样品为燃料电池固体电解质, 组装氢气/空气燃料电池, 在398、423和448 K时最大输出功率密度分别为18.7、27.7和33.9 mW×cm^-2.

关键词: Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇, 离子导电, 电解质, 电导率, 浓差电池, 燃料电池

Abstract:

Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇ was synthesized in a solid state reaction and characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The XRD pattern indicated that the sample exhibited a single cubic phase. The protonic and oxide-ionic conduction were investigated using various electrochemical methods including AC impedance spectroscopy and gas concentration cells at intermediate temperatures (323-523 K). The highest conductivity observed was 5.04×10^-2 S·cm^-1 in a wet H₂ atmosphere at 423 K. The ionic, protonic, oxide-ionic, and electronic transport numbers (N_t) were 0.95-1.00, 0.84-0.96, 0.04-0.10, 0.00-0.05, respectively, in a wet hydrogen atmosphere. The results indicate that Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇ is an almost pure ionic conductor, has dominant protonic conduction, some limited oxide-ionic conduction, but little electronic conduction. A H₂/air fuel cell using Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇ as the electrolyte (thickness: 1.5 mm) generated maximum power densities of 18.7 mW·cm^-2 at 398 K, 27.7 mW·cm^-2 at 423 K, and 33.9 mW·cm^-2 at 448 K.

Key words: Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇, Ionic conduction, Electrolyte, Conductivity, Concentration cell, Fuel cell

王洪涛, 孙林, 陈继堂, 罗春华. Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇的中温离子导电性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(12), 2893-2897. doi: 10.3866/PKU.WHXB201210101

WANG Hong-Tao, SUN Lin, CHEN Ji-Tang, LUO Chun-Hua. Ionic Conduction in Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇ at Intermediate Temperatures[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28(12), 2893-2897. doi: 10.3866/PKU.WHXB201210101

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201210101

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2012/V28/I12/2893

参考文献

(1) Fu, X. Z.; Luo, J. L.; Sanger, A. R.; Luo, N.; Chuang, K. T.J. Power Sources 2010, 195, 2659. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.10.069
(2) Weber, A.; Tiffee, E. I. J. Power Sources 2004, 127, 273. doi: 10.1016/j.jpowsour.2003.09.024
(3) Kim, Y. M.; Lohsoontorn, P.; Bae, J. J. Power Sources 2010,195, 6420. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.03.095
(4) Wang, X.W.; Yin, J. L.; Xu, J. H.;Wang, H. T.; Ma, G. L. Chin. J. Chem. 2011, 29, 2421. doi: 10.1002/cjoc.v29.11
(5) Haile, S. M.; Boysen, D. A.; Chisholm, C. R. I.; Merle, R. B.Nature 2001, 410, 910. doi: 10.1038/35073536
(6) Baker, R. T.; Salar, R.; Potter, A. R.; Metcalfe, I. S.; Sahibzada,M. J. Power Sources 2009, 191, 448. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.02.039
(7) Xie, K.; Yan, R. Q.; Xu, X. X.; Liu, X. Q.; Meng, G. Y. J. Power Sources 2009, 187, 403. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.11.007
(8) Liu, J.W.; Zhou, D. F.; Yang, M.; Luo, F.; Meng, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1380. [刘建伟, 周德凤, 杨梅,罗飞, 孟健. 物理化学学报, 2012, 28, 1380.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201203304
(9) Martínez-Amesti, A.; Larrañaga, A.; Rodríguez-Martínez, L.M.; Nó, M. L.; Pizarro, J. L.; Laresgoiti, A.; Arriortua, M. I.J. Power Sources 2009, 192, 151. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.02.011
(10) Zhu, B. Solid State Ionics 1999, 125, 397. doi: 10.1016/S0167-2738(99)00201-5
(11) Zhang, S.; Bi, L.; Zhang, L.; Tao, Z.; Sun,W.;Wang, H.; Liu,W. J. Power Sources 2009, 188, 343. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.12.056
(12) Yang, J. F.; Cheng, J. G.; Fan, Y. M.;Wang, R.; Gao, J. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 95. [杨俊芳, 程继贵, 樊玉萌,王睿, 高建峰. 物理化学学报, 2012, 28, 95.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201111161
(13) Boysen, D. A.; Uda, T.; Chisholm, C. R. I.; Haile, S. M. Science2004, 303, 68. doi: 10.1126/science.1090920
(14) Nagao, M.; Kamiya, T.; Heo, P.; Tomita, A.; Hibino, T.; Sano,M. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A1604.
(15) Tomita, A.; Kajiyama, N.; Kamiya, T.; Nagao, M.; Hibino, T.J. Electrochem. Soc. 2007, 154, B1265.
(16) Tao, S.W. Solid State Ionics 2009, 180, 148. doi: 10.1016/j.ssi.2008.11.006
(17) Chen, X.;Wang, C. S.; Payzant, E. A.; Xia, C. R.; Chu, D.J. Electrochem. Soc. 2008, 155, B1264.
(18) Wu, X.; Verma, A.; Scott, K. Fuel Cells 2008, 8, 453. doi: 10.1002/fuce.v8:6
(19) Genzaki, K.; Heo, P.; Sano, M.; Hibino, T. J. Electrochem. Soc.2009, 156, B806.
(20) Tomita, A.; Yoshii, T.; Teranishi, S.; Nagao, M.; Hibino, T.J. Catal. 2007, 247, 137. doi: 10.1016/j.jcat.2007.02.001
(21) Tomita, A.; Nakajima, J.; Hibino, T. Angew. Chem. Int. Edit.2008, 47, 1462.
(22) Teranishi, S.; Kondo, K.; Tsuge, A.; Hibino, T. Sens. Actuators B 2009, 140, 170. doi: 10.1016/j.snb.2009.04.044
(23) Nagao, M.; Takeuchi, A.; Heo, P.; Hibino, T.; Sano, M.; Tomita,A. Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9, A105.
(24) Shen, Y. B.; Nishida, M.; Kanematsu,W.; Hibino, T. J. Mater. Chem. 2011, 21, 663. doi: 10.1039/c0jm02596h
(25) Sato, Y.; Shen, Y. B.; Nishida, M.; Kanematsu,W.; Hibino, T.J. Meter. Chem. 2012, 22, 3973. doi: 10.1039/c2jm15335a
(26) Jin, Y. C.; Okada, M.; Hibino, T. J. Power Sources 2011, 196,4905. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.02.028
(27) Wang, H.; Liu, J.;Wang,W.; Ma, G. J. Power Sources 2010,195, 5596. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.03.087
(28) Wang, H.; Zhang, H.; Xiao, G.; Zhang, F.; Yu, T.; Xiao, J.; Ma,G. J. Power Sources 2011, 196, 683. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.07.067
(29) Shannon, R. D. Acta Cryst. A 1976, 32, 751. doi: 10.1107/S0567739476001551
(30) Guan, J.; Dorris, S. E.; Balachardran, U.; Liu, M. Solid State Ionics 1997, 100, 45. doi: 10.1016/S0167-2738(97)00320-2
(31) Shimura, T.; Esaka, K.; Matsumoto, H.; Iwahara, H. Solid State Ionics 2002, 149, 237. doi: 10.1016/S0167-2738(02)00400-9
(32) Shimada, T.;Wen, C.; Taniguchi, N.; Otomo, J.; Takahashi, H.J. Power Sources 2004, 131, 289. doi: 10.1016/j.jpowsour.2003.11.087
(33) Guo, Y.; Liu, B.; Chen, C.;Wang,W.; Ma, G. Electrochem. Commun. 2009, 11, 153. doi: 10.1016/j.elecom.2008.10.038

[1]	薛国勇, 李静, 陈俊超, 陈代前, 胡晨吉, 唐凌飞, 陈博文, 易若玮, 沈炎宾, 陈立桅. 单离子聚合物快离子导体[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2205012 -0 .
[2]	陈帅, 余创, 罗启悦, 魏超超, 李莉萍, 李广社, 程时杰, 谢佳. 卤化物固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210032 -0 .
[3]	兰畅, 楚宇逸, 王烁, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍. 质子交换膜燃料电池阴极非贵金属M-N_x/C型氧还原催化剂研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210036 -0 .
[4]	屈卓研, 张笑银, 肖茹, 孙振华, 李峰. 有机硫化合物在锂硫电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2301019 -0 .
[5]	刘元凯, 余涛, 郭少华, 周豪慎. 高性能硫化物基全固态锂电池设计：从实验室到实用化[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2301027 -0 .
[6]	彭林峰, 余创, 魏超超, 廖聪, 陈帅, 张隆, 程时杰, 谢佳. 锂硫银锗矿固态电解质研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2211034 -0 .
[7]	荣佑文, 桑佳琪, 车丽, 高敦峰, 汪国雄. 二氧化碳电催化还原中的电解质效应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2212027 -0 .
[8]	张婧雯, 马华隆, 马军, 胡梅雪, 李启浩, 陈胜, 宁添姝, 葛创新, 刘晰, 肖丽, 庄林, 张熠霄, 陈立桅. 碱性聚合物电解质膜的表面锥形阵列结构提升燃料电池性能[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2111037 -0 .
[9]	王匡宇, 刘凯, 伍晖. 基于固态电解质的熔融碱金属电池研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2301009 - .
[10]	滕浩天, 王文涛, 韩晓峰, 郝翔, 杨瑞枝, 田景华. 柔性锌-空气电池进展与展望[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2107017 -0 .
[11]	崔同慧, 李航越, 吕泽伟, 王怡戈, 韩敏芳, 孙再洪, 孙凯华. 大尺寸固体氧化物燃料电池的电极过程解析方法[J]. 物理化学学报, 2022, 38(8): 2011009 - .
[12]	韩爱娣, 闫晓晖, 陈俊任, 程晓静, 章俊良. 分散溶剂对PEMFC催化层中超薄Nafion离聚物质子传导的影响[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 1912052 - .
[13]	虞鑫润, 马君, 牟春博, 崔光磊. 高锂离子电导的有机-无机复合电解质的渗流结构设计[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 1912061 - .
[14]	何子旭, 陈亚威, 黄凡洋, 揭育林, 李新鹏, 曹瑞国, 焦淑红. 氟代溶剂在锂金属电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2022, 38(11): 2205005 - .
[15]	丁亮, 唐堂, 胡劲松. 基于金属-氮-碳结构催化剂的质子交换膜燃料电池研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2010048 - .

Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇的中温离子导电性

Ionic Conduction in Sn_0.9Mg_0.1P₂O₇ at Intermediate Temperatures

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0