1。2。4 CeO2基电解质材料

同氧化锆一样，氧化铈(CeO2)具备稳定的立方萤石型结构，O2-离子形成立方点阵，其点阵的顶点和面心是Ce4+离子，Ce4+离子形成四面体，其四面体的中心是O2-离子，Ce4+离子和O2-离子的配位数分别是8和4，氧化铈立方萤石结构示意图如图1。3所示：

 氧化铈立方萤石结构示意图

单纯的氧化铈是一种离子-电子混合导体，纯氧化铈的离子电导率低（约为10-5S/cm），在低氧分压的环境下，纯氧化铈还容易生成电子，并非是制备电解质材料的好选择。但是，氧化铈的立方萤石结构是一种比较开放的结构，稀土金属氧化物或者碱土金属氧化物都可以固溶到氧化铈的晶格中。掺杂稀土金属或者碱土金属后的氧化铈不仅可以保持立方萤石结构不变，而且还会产生一定浓度的氧空位，氧空位的生成便于O2-离子的迁移和扩散，能够有效地提高氧化铈基电解质材料在中低温环境下的离子电导率（可高达10-3S/cm～10-1S/cm），也能够有效地降低氧化铈基电解质材料的电导活化能。

尽管掺杂稀土金属和碱土金属可以大幅度地提高氧化铈基电解质材料的离子电导率，但是，在低氧分压环境或者高温环境下，部分Ce4+离子会被还原成Ce3+离子，这个过程会产生电子并发生电子导电，这会造成电池的局部短路和输出功率的降低，在一定程度上会影响电池的使用。

经研究表明，在氧化铈电解质的表面覆盖YSZ或者BaCe1-xSmxO3-a作为氧化铈电解质的保护膜或者进行双掺杂氧化铈膜可以提高还原环境下氧化铈的稳定性，从而改善氧化铈基电解质材料的性能和使用[11]。

本文就双掺杂（即钙、钆共掺杂）氧化铈进行了实验与研究，其中，选择Gd和Ca作为掺杂离子的主要原因是：

图1。4是不同的掺杂离子半径对氧化铈基电解质材料的离子电导率的影响。在掺杂离子中，离子半径大于Ce4+离子半径的掺杂离子都表现出对于氧化铈基电解质材料的离子电导率良好的影响，它们能够使得氧化铈基电解质离子电导率增加的原因是它们并不会在很大程度上改变氧化铈的晶胞参数。其中，Sm3+、Gd和Ca2+离子是较好的掺杂离子。

掺杂离子半径对氧化铈基电解质材料电导率的影响

1。3 电解质薄膜的制备方法

电解质材料的薄膜化是降低固体氧化物燃料电池的工作温度至中低温的有效解决方法，电池的薄膜化可以有效降低电解质内部的阻抗，从而增加电导率和电池的输出功率以降低固体氧化物燃料电池的工作温度。目前，薄膜的制备技术主要是这五种：化学气相沉积法、电化学气相沉积法、溶胶－凝胶法、喷雾热解法和阳极氧化法。

1。3。1 化学气相沉积法

化学气相沉积法是指在气态条件下，反应物发生化学变化，固体薄膜由基底表面沉积而出的一种薄膜生长技术，可应用于金属、非金属和合金薄膜的制备。

化学气相沉积法的优点在于可以在电解质表面形成一层厚度均匀且结构致密的薄膜、电解质沉积的温度和时间比较容易控制和调节、可通过实验参数来控制所得电解质薄膜的组成、具有高氧离子电导率、可以有效减小电解质的膜厚度从而提高电池的电化学性能。

化学气相沉积法的缺点是价格昂贵、制备成本高、制模过程中容易出现具有腐蚀性的气体，存在一定的安全隐患 [12]。

1。3。2 电化学气相沉积法

电化学气相沉积法是以电势梯度为驱动力，在基地沉积离子电导或者电子电导从而制得致密性薄膜的方法。电化学气相沉积法所制得的电解质薄膜具有膜厚均匀、致密性好、附着力强、可以适用于制备各种厚度的电解质膜等优点。但是，电化学气相沉积法制备电解质膜需要在高温高真空环境下运行，这对整个设备的要求十分地严格且所用的设备比较复杂，而且，电化学气相沉积法的高成本对应的是其较低的生产效率[13]。