氧化锆电池在电池应用中的优势

  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。