氧化鋯電池在電池應用中的優勢

  氧化鋯是鋯的主要氧化物，通常狀況下為白色無臭無味晶體，難溶于水、鹽酸和稀硫酸。它化學性質不活潑，且具有高熔點、高硬度、高折射率和低熱膨脹系數的性質，使它成為一種極其重要的耐高溫材料和陶瓷材料。

  近年來，隨著鋰電池的飛速發展以及對固體氧化物燃料電池研究的不斷深入，氧化鋯在電池中的應用潛力不斷被開發出來，在電池中扮演重要角色。

  我們今天就以電池的三大組成之一的電解質來解讀。

  固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效清潔的能量轉換體系，它可將燃料氣體和氧化氣體的化學能直接轉換成電能，并具有發電效率高，啟動時間短，應答速度快，體積小，污染低，易于組裝和維護等優點，被譽為繼水力發電、熱能發電和核能發電之后的一種高效、節能、環保的新型型發電技術。SOFC的開發與應用已成為當前新材料和新能源領域的一個研究熱點。

  在SOFC中，電解質的選擇和制備是最重要的環節之一。SOFC要求電解質具有1.高的離子電導率(≥0.1S/cm)，2.低的電子遷移數(<10-3)，3.與電極材料、氧和燃氣保持化學穩定，4.在一個較寬的溫度和氧分壓范圍內保持熱力學穩定，5.與其它電池組件在熱膨脹系數上匹配，具有良好的氣密性以及適宜的力學性能等。這些性能要求限制了電解質材料的選擇范圍，目前只能限于以氧化物為基體的陶瓷材料。

  而立方相的氧化鋯因為具有良好的高溫氧離子傳輸性能，在SOFC中可作為固體電解質材料使用。氧化鋯基電解質屬于高溫電解質，但是同時面臨著一個難題，高溫的操作溫度容易引起電極燒結、致使電池組件材料在界面處發生相互擴散、產生熱膨脹失配、最后引發性能的快速老化，造成使用效率低下，資源浪費等問題。關于這個問題的解決方法，一個重要思路就是減小電解質的厚度。為什么呢？這是因為減小電解質的厚度能夠降低電池的歐姆損耗，而使用氧化鋯基電解質薄膜就能低電池的操作溫度，使電池保持高性能，采用氧化鋯是提升電池效能的有效途徑。