固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

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固体氧化物燃料电池阴极性能稳定性的研究进展

第41卷第6期Vol.41No.62020年12月Journal of CeramicsDec. 2020收稿日期：2020‒07‒29。

修订日期：2020‒08‒21。

Received date: 2020‒07‒29. Revised date: 2020‒08‒21.基金项目：国家重点研发计划(2018YFB1502202)。

Correspondent author: XIONG Yueping (1963-), Male, Ph.D., 通信联系人：熊岳平(1963-)，男，博士，教授。

Professor.E-mail: ***************.cnDOI: 10.13957/ki.tcxb.2020.06.005固体氧化物燃料电池阴极性能稳定性的研究进展李栋，付梦雨，金英敏，熊岳平(哈尔滨工业大学化工与化学学院，黑龙江哈尔滨 150000)摘要：由于具有能量转化率高、燃料多样、环境友好、全固态结构等特点，固体氧化物燃料电池(SOFC)受到了广泛的关注，然而，长期工作过程中阴极性能衰减等问题使得SOFC 的商业化进程受到了阻碍。

从微观形貌变化、阴极-电解质界面固相反应、元素表面偏析、S 毒化、Cr 毒化等方面，对引起阴极性能衰减的因素及其衰减机制进行了详细地论述，在此基础上，对各衰减因素相对应的抑制方法进行了简要介绍。

关键词：固体氧化物燃料电池阴极；长期稳定性；元素表面偏析；毒化中图分类号：TQ174.75 文献标志码：A 文章编号：1000-2278(2020)06-0820-15Progress in Research on Performance Stability of SolidOxide Fuel Cell CathodeLI Dong, FU Mengyu, JIN Yingmin, XIONG Yueping(School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150000, Heilongjiang, China) Abstract: Solid oxide fuel cell (SOFC) has attracted extensive attentions due to its high energy conversion efficiency, fuel diversity, environmental friendliness and all-solid structure. However, the commercialization of SOFC is hindered owing to the problems, especially the degradation of cathode performance during long-term operation. Factors causing the degradation of cathode performance and corresponding degradation mechanisms are discussed in detail from the aspects of micromorphology variation, solid phase reaction at cathode-electrolyte interface, element surface segregation, S and Cr poisoning. To this end, strategies to address the corresponding issues are briefly introduced.Key words: solid oxide fuel cell cathode; long-term stability; element surface segregation; poisoning0 引言随着社会的不断发展，人们对于能源的需求日益增加。

中温固体氧化物燃料电池的纳米LSM-SDC复合阴极

中温固体氧化物燃料电池的纳米LSM-SDC复合阴极张瀚;夏长荣【摘要】阴极粒子纳米化可以提高固体氧化物燃料电池的性能,通常使复合阴极的单一相(催化剂或电解质)纳米化.本工作报道双相纳米化的新型(La0.85Sr0.15)0.9MnO3(LSM)-Sma0.2Ce0.8O1.9(SDC)复合阴极.扫描电镜照片显示,纳米LSM和SDC颗粒均匀附着在多孔LSM-SDC电极骨架的表面.交流阻抗研究表明,600℃时,该阴极界面极化阻抗仅为0.93Ω·cm2,性能优于其他类型的LSMSDC复合阴极.以这种新型LSM-SDC复合纳米电极为阴极、稳定的氧化锆为电解质的单电池,在600、650和700℃最大输出功率分别为114、218和348mW·cm-2.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2010(026)010【总页数】5页(P1875-1879)【关键词】固体氧化物燃料电池;交替浸渍;纳米粒子;复合阴极【作者】张瀚;夏长荣【作者单位】中国科学院能量转换材料重点实验室,中国科学技术大学材料科学与工程系,合肥,230026;中国科学院能量转换材料重点实验室,中国科学技术大学材料科学与工程系,合肥,230026【正文语种】中文【中图分类】TM911.4固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种无污染、高能量转换效率的新型能源转换装置。

锶掺杂的锰酸镧(LSM)是一种传统的SOFC阴极材料，它具有非常好的热稳定性和化学稳定性，与常用的锆基和铈基电解质材料的热膨胀系数相匹配，化学相容。

但是，LSM的离子电导率较低(700℃时的氧扩散系数仅为10-16cm2·s-1)[1]，在中低温的操作温度下，LSM阴极具有相对较低的氧催化活性，即高的阴极-电解质界面极化阻抗。

在LSM中加入电解质成为复合阴极能够有效的降低阴极-电解质之间的界面阻抗。

例如，700℃时，以YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)为电解质，由纯LSM阴极的7.82 Ω·cm2降低为LSM-YSZ 复合阴极的2.49 Ω·cm2，以及 LSM-GDC(氧化钆掺杂的氧化铈)复合阴极的1.06 Ω·cm2[2]。

中低温固体氧化物燃料电池阴极材料剖析

中低温固体氧化物燃料电池阴极材料综述施赟豪摘要：固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效的能量转化装置，其成功应用将有效地节约能源和降低能源利用过程中环境污染物的排放，对人类社会的可持续发展意义重大。

低温化可加快SOFCs商品化的步伐，而其关键在于开发高性能的阴极材料。

本论文对近年来在中低温SOFCs阴极材料方面的研究进展进行了较全面的综述，其中包括Ba0.5Co0.5Fe0.8O3-x，一系列材料、具有两维氧离子传导特性的LnBaCo205+x双钙钛矿型材料及其他的钴基钙钛矿型材料、非钴基阴极和贵金属修饰阴极，以及浸渍法制备的纳米修饰阴极等，指出了各种材料的优缺点及将来的发展趋势。

Abstract:Solid oxide fuel cell (SOFCs) as a highly efficient energy conversion device, its successful application will effectively energy conservation and reduced the emission of environmental pollutants in the process of energy use, is of great significance to sustainable development of human society. Low temperature can accelerate the pace of commercialization of SOFCs, and the key is to develop high-performance cathode materials. This paper on recent research progress in intermediate temperature SOFCs cathode materials were more comprehensive review, including Ba0.5Co0.5Fe0.8O3-x, a series of materials, with oxygen ion transfer characteristics of two dimensional LnBaCo205+x double perovskite type materials and other cobalt based perovskite type materials, non cobalt based cathodes and noble metal modified cathode, and prepared by impregnation method nanoparticles modified cathode. And the future development trend of the advantages and disadvantages of various materials were pointed out.关键词：固体燃料电池阴极中低温化Keywords:Solidfuelcellcathodelowtemperature正文【1】引言：燃料电池作为一种电化学能量转换装置。

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

图１Ｌｎ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２ＦｅＯ０．８３陶瓷的热膨胀率与温度的关系曲线
Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆ
Ｌｎ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３ｃｅｒａｍｉｃｓ
!Ｌ／Ｌ（％）
５００Ｌｎ＝Ｌａ
Ｌｎ＝Ｐｒ
４００
Ｌｎ＝ＮｄＬｎ＝Ｓｍ
４００
６００
８００１０００
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（℃）
图３ＬＳＦＣ－ＳＤＣ复合材料的热膨胀率与温度的关系曲线
Ｆｉｇ．３ＬｉｎｅａｒｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆＬＳＣＦ－ＳＤＣｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
+Ｌ／Ｌ（％）
《陶瓷学报》２００６年第３期
’Ｌ／Ｌ（％）
(Ｌ／Ｌ（％）
)Ｌ／Ｌ（％）
*Ｌ／Ｌ（％）
１．８ＳＤＣ１．２
０．６
０．０１．８ＬＳＣＦ－ＳＤＣ５０１．２
０．６０．０
１．８ＬＳＣＦ－ＳＤＣ４０
１．２０．６
０．０１．８ＬＳＣＦ－ＳＤＣ３０１．２
０．６
０．０１．８ＬＳＣＦ１．２
０．６
０．０
０
Байду номын сангаас
２００
３Ｌａ２ＮｉＯ４＋δ 阴极材料的研究
与ＡＢＯ３型钙钛矿结构化合物相比，Ｋ２ＮｉＦ４结构的Ｌａ２ＮｉＯ４＋δ 的合成较为困难。为了获得单一Ｋ２ＮｉＦ４结构的合成产物，在采用固相反应法时，常常需要经
若选用电子－离子混合导体为ＳＯＦＣ的阴极材
收稿日期：２００６－０７－１８基金项目：国家自然科学基金项目（编号：５０５７２０７９），国家教育部新世纪优秀人才支持计划（编号：ＮＥＣＴ－０４－０７２４）、国家教育部博士点科研专项

中温固体氧化物燃料电池CGO电解质与LSCF阴极材料制备与性能研究的开题报告

中温固体氧化物燃料电池CGO电解质与LSCF阴极材料制备与性能研究的开题报告一、研究背景和意义随着能源危机的日益严重和环境污染问题的不断加剧，寻找新型、高效、环保的能源技术成为全球的研究热点。

固体氧化物燃料电池（SOFCs）具有高能量转化效率、低污染排放、使用范围广泛等优点，被认为是未来能源技术发展的重要方向之一。

SOFCs是一种将化学能直接转换为电能的设备，主要由阳极、电解质和阴极三部分组成。

其中，电解质是起到隔离阳极和阴极、只允许氧离子传导的作用，是保证SOFCs 正常工作的关键。

目前，常用的电解质材料主要有氧化锆（ZrO2）和氧化钇稀土（Yttria-stabilized zirconia，YSZ）等，但它们的导电性和机械性能存在严重的缺陷，限制了SOFCs的发展。

尽管氧化锆材料具有很好的化学稳定性和热稳定性，但其导电性较差，一般需要高温（800-1000℃）才能达到较高的导电性，这会带来一系列的问题，如造成机械强度下降、减小电极反应速率、容易在高温下发生结构破坏等。

而氧化钇稀土材料由于导电性和强度不足，也限制了SOFCs的发展。

因此，研究新型导电性和机械性能优异的电解质材料对于SOFCs的发展至关重要。

二、研究内容及方案本研究主要针对中温固体氧化物燃料电池，围绕CGO电解质材料与LSCF阴极材料的制备及其性能研究展开实验研究。

（一）制备CGO电解质材料本实验将采用共沉淀法制备CGO电解质材料。

具体步骤如下：1. 将初始反应液加入磁力搅拌器中，并加热至60℃；2. 分别滴加硝酸钆、硝酸锆等钆、锆的前体溶液，并继续搅拌，保持60℃，使反应进行。

3. 冷却沉淀、洗涤、干燥及分散成粉。

4. 控制烧结温度，研究烧结温度对电解质材料性能的影响。

（二）制备LSCF阴极材料本实验将采用固相反应法制备LSCF阴极材料。

具体步骤如下：1. 称取La2O3、SrCO3、Co3O4和Fe2O3等中间体粉末，混合均匀；2. 在球磨机中进行混合球磨，并加入适量的乙酸及乙酸钠溶液，得到混合物浆料。

中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备与表征共3篇

中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备与表征共3篇中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备与表征1中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备与表征摘要：中温固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种高效率、低污染的能量转化技术，其阴极材料是SOFCs中最为关键和复杂的组件之一。

本文综述了中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法和表征技术，包括传统的干燥法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、浸渍法等制备方法，以及表征方法如场发射扫描电镜、X射线粉末衍射等。

本文还着重介绍了材料性能对SOFCs性能的影响以及未来发展方向。

1、引言中温固体氧化物燃料电池是基于固体氧化物在高温下的离子传输和电化学反应来转换化学能量为电能的一种新型高效率、低污染的能量转化技术。

其中，阴极材料是SOFCs中最为关键和复杂的组件之一，直接影响SOFCs的性能和稳定性。

目前研究人员开发了各种复杂的复合材料以及基于不同氧化物的单一复合材料，对其制备方法和表征技术也在不断地改进和完善。

2、中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法2.1 干燥法干燥法是从带有期望成分的粉末混合物中生成所需材料的一种制备方法。

由于烧结温度较低，因此可以通过将粉末混合物注入理化溶剂中，制备成糊状，然后通过滤纸和烘干来制备所需材料。

这种方法的优点是简单易行，但其制备过程中易出现杂质、孔洞和颗粒大小不匀等问题。

2.2 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是在热水、有机溶剂或凝胶剂中制备凝胶的方法。

通过对温度、溶剂、酸碱度等参数的控制，可以制备成组成均匀的凝胶且成分准确。

在烘干-焙烧过程中，凝胶的组成发生了变化，随着温度的升高而增大粒径。

该方法制备的材料比较均匀，而且成分准确，但总的烧结周期较长。

2.3 共沉淀法共沉淀法是在水溶剂中同时加入两种以上化学物质，使之产生反应生成所需材料的一种制备方法。

在合适的pH和温度条件下，通过调节沉淀物的成分比例，可以轻松地获得所需的阴极材料。

此方法可以控制反应速率，并控制无序点的密度和晶粒尺寸。

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展课件

1.A位缺失大大提高电池性能。
0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LS固C体F氧系化列物阴燃料电池阴极材料的研极中输出性能最高的阴极材料。其最大究功进展课件
率是LSM/YSZ标准阴极的两倍。
Journal of power sources,156 (2006)20-22
Seminar II
Solid
electrolyte
O2-
Porous anode
collector
Combustible Fuel
O2
e-
O2-
e-
CO2 +H2O
固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展课件
Seminar II
中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的基本要求
❖ 有较高的氧还原活性； ❖ 有较高的电导率； ❖ 与电解质和连接体材料具有良好的化学相容
Solid State Ionics 93 (1997) 207-217
Seminar II
LSM基阴极的研究进展（3）
LSM-5Ce10ScZr大大提高了LSM基阴极的电化学性能，在650°C,优化阴极后的电池性能接近0.6/cm2.
固体氧化物燃料电池阴极材料的研
究进展课件Solid State Ionics ,176 (2005)2555-2561
Seminar II
参考文献
14. Z.H.Bi et al Electrochem. Solid state lett. 5(7) (2002) A173 15.S.P.Simner et al, Solid State Ionics ,161 (2003)11-18 16. S.P.Simner et al,Journal of power sources,113 (2003)1-10 17.A.Mai et al, Solid state Ionics,176 (2005)1341-1350 18.F.Tietz et al, Journal of power sources,156 (2006)20-22 19. 段枣树，硕士论文，新型阴极材料BSCF在IT-SOFC中的应用。第三章，25-26 20. Z.P.shao,S.M.Haile nature 417 (2004)170-173 21.Z.S.Duan, et al, Journal of power sources, (2006) in press

中温固体氧化物燃料电池阴极及质子导体电解质材料的性能研究

摘要I中文摘要中温固体氧化物燃料电池阴极及质子导体电解质材料的性能研究燃料电池（FC ）是一种直接将化学能转化成电能的电化学反应器，固体氧化物燃料电池（SOFC ）因具有全固态、能量转换效率高、低污染和燃料适应性广等优点而备受关注。

传统的SOFC 操作温度约为1000℃，高温操作导致燃料电池系统的启动成本增加，连接体、封装材料的选择要求严苛以及电池部件之间的化学反应导致电池的性能迅速衰减。

为拓宽材料的选择范围，降低SOFC 的成本，大量的基础研究致力于将SOFC 的操作温度降低至中低温(500-800℃)。

然而，降低操作温度导致阴极材料的界面极化电阻和电解质的欧姆电阻急剧增大，限制了SOFC 的实用性。

因此,开发高性能的SOFC 阴极和电解质材料是加速SOFC 实用化的必然要求。

本文旨在深入研究高性能的SOFC 阴极和电解质材料,为促进SOFC 的发展提供有益的思路。

本文致力于中温SOFC 阴极和电解质材料两方面的研究。

其一，开发高性价比、与电池部件具有良好的化学兼容和热循环稳定的阴极材料，在研究阴极材料的物性基础上利用其组装成电池，并测试其功率输出。

其二，基于质子导体电解质材料具有高离子迁移率和对燃料气体无稀释的优点，通过Sm,Nd 双掺杂BaCeO 3制备BaCe 1-2x Sm x Nd x O 3-δ(简记为：BCSN)电解质，研究其掺杂浓度对电解质的物相结构、烧结特性、离子电导率和活化能的影响，并利用其组装成单电池，测试其在中温范围内电池的功率输出。

层状钙钛矿氧化物LnBaCo 2O 5+δ因具有高氧表面交换系数和扩散系数，有希望成为SOFC 阴极候选材料。

但该类材料具有高热膨胀系数导致热循环稳定性差的缺点限制了其实际应用。

通过Sr 部分取代A ´位Ba 以及Cu 部分取代B 位Co ，平衡阴极材料的电催化活性和热稳定性，利用溶胶-凝胶法制备出单相层状钙钛矿LnBa 0.5Sr 0.5CoCuO 5+δ(Ln=Pr,Sm)（简称：PBSCCo,SBSCCo ）阴极。

铋离子掺杂固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

第39卷第12期硅酸盐通扌艮Vol.39No.12 2020年12月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY December,2020铋离子掺杂固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展孙宁，刘小伟，刘湘林,金芳军（长春理工大学理学院，长春130022）摘要：固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有燃料选择灵活、效率高、环境友好等优点。

基于SOFC运行成本和长期稳定性的要求，降低工作温度已成为当前研究的热点。

传统阴极较低的催化活性制约了SOFC的技术发展，因此开发具有良好催化性能的阴极材料至关重要。

大量的研究表明，铋离子的掺杂能够有效提高材料的电导率和氧催化活性。

从铋离子掺杂的角度岀发，综述了铋离子掺杂对阴极材料的制备、结构、电导率和电化学性能的影响，并对掺铋SOFC阴极材料未来的发展趋势进行了展望。

关键词：固体氧化物燃料电池；阴极材料；铋掺杂中图分类号:TM911文献标识码：A文章编号：1001-1625（2020）12-3958_06Research Progress of Bismuth Ion Doped CathodeMaterials for Solid Oxide Fuel CellSUN Ning,LIU Xiaowei,LIU Xianglin,JIN Fangjun（School of Science,Changchun Lniversity of Science and Technology,Changchun130022,China）Abstract:Solid oxide fuel cell（SOFC）is one of power generation device which can directly convert chemical energy in fuel into electric energy,with the advantages of flexible fuel selection,high efficiency,and environmental friendliness.Reducing operating temperature has become a hot topic in current research to fulfill the requirement of the running cost and long-term stable operation of solid oxide fuel cell systems.The low catalytic activity of traditional SOFC cathode materials restricts the development of SOFC technology.Therefore，it is very important to develop cathode materials with good catalytic activity.Many studies have shown that bismuth ion doping in materials can effectively improve the conductivity and oxygen catalytic activity.Bismuth ions have unique electronic structure.From the perspective of bismuth ion doping，the effect of bismuth ion doping on the preparation，structure，conductivity and electrochemical performance of cathode materials was reviewed，and development trend of bismuth ion SOFC cathode materials was prospected.Key words:solid oxide fuel cell；cathode material；bismuth doping0引言为了满足日益增长的绿色能源需求，人们付出了巨大的努力来寻找替代技术,如太阳能光伏发电、风力涡轮机、氢化和生物质能等。

中温固体氧化物燃料电池阴极材料La1.4Sr1.6Mn2--xCoxO7(x=0-0.5)的制备和性能研究

Ｏ引言
中温固体氧化物燃料电池（ＴＯＣ）操作温度５０ＩＳＦ（０～８０）０ ℃ 由于具有良好的潜在商业前景而逐渐成为关注的热点。
１实验
按照Ｉ１Ｓ ¨Ｃ２ｘ７一００５的化学计量配比．．ｒｏＭｎ－Ｏ（ａ４～．）
．
ＲＥＮｎｉ～，ＬＡＯｎｅＹｏｇｌＬｉｇ’ ｒ，ＨＵＡＮＧｎｃｉＹｉｇａ，Ｌ１ＹｉＵ
（ＣｌｇｆＳｉｎｅＧｕｚｏｉｅｓｔ，ｉａｇ５００；２ＣｏｌｇｆＣｈｍｉｌＥｎｉｅｒｇ１ｏｌｅｏｃｅｃ，ｉｕＵｎｖｒｉｙＧｕｙｎ５０３ｅｈｌｅｏｅｃｇｎｅｉ，Ｇｕｚｏｅａｎｉｈｕ
电导率随Ｃ。杂量的增加和温度的升高而增加，导电机理符合半导体小极化子模型。ｏ掺其
关键词层状钙钛矿锰氧化物热膨胀电导率小极化子
ＳｎｈｓｓａｄＰｒｐｅｔｅｆＬａ４Ｓｒ＿Ｍｎ一ＣｏＯ７ＣａｈｄａｅｉｌｏＴ－ｏＦＣｙｔｅｉｎｏｒｉｓｏ１ｌ６２ｘｔｏｅＭｔｒａｓｆｒＩＳ
中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ｌ ¨ＳＭｎＣ（ —Ｏ．）ａｒ２ｏＯ７ｚ～Ｏ５的制备和性能研究／永力等・２３・任６
中温固体氧化物燃料电池阴极材料Ｌ１Ｓ１Ｍｎ－Ｃ（＝Ｏ－Ｏ５ａ．ｒ．２ｘｏ０７ｘ４６－．）－的制备和性能研究

固体氧化物燃料电池阴极材料prbaco2o52bδ的改性的分析研究

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。

特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。

（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要燃料电池是21世纪最有希望的新一代绿色能源动力系统，有希望应用于便携式电子设备、一般家庭电源、动力汽车等各方面，有助于缓解全球能源危机和环境污染等问题。

燃料电池是将燃料的化学能直接转变为电能的装置，能量转化率高、环境污染少。

固体氧化物燃料电池是其中的一种，其电极材料和电解质材料均为固体，可选材料丰富，适用范围广。

本论文以中温固体氧化物燃料电池为背景，选取具有离子-电子混合电导特点的PrBaCo2O5+δ材料为研究对象，以提高该阴极材料综合性能为目的，系统研究了Ni掺杂以及Sr/Ni复合掺杂对阴极材料PrBaCo2O5+δ的结构、电导率、热膨胀系数以及电池性能的影响。

采用EDTA-柠檬酸溶胶凝胶法制备了PrBaCo2-x Ni x O5+δ（x=0、0.1、0.2、0.3）和PrBa0.5Sr0.5Co2-x Ni x O5+δ（x=0、0.1、0.2、0.3）2个系列阴极材料。

XRD测试结果表明，经过1000℃空气煅烧5 h后的PrBaCo2-x Ni x O5+δ系列材料为四方钙钛矿结构，空间群为P4/mmm；而PrBa0.5Sr0.5Co2-x Ni x O5+δ系列材料为正交钙钛矿结构，空间群为Pmmm。

固体氧化物燃料电池电解质和电极材料的研究进展_孙帆

Abstract: Solid ox ide fuel cells( SO FC) w ith a series of adv ant ages of a high rate of energ y conver sion, hig h specific energ y, hig h efficiency, lo w- emission and continuo us supply of fuel, have at tracted much attentio n1 In this paper, the r esear ch pro gr ess o f electro ly te and elect rode mater ials for SOF C are introduced, and the pr oblems in research and the future development dir ection are pointed out1 Key words: SO FC; electro lyt e mat er ials; electr ode mat erials
目前以 YSZ 为电解质的 SOF C 必须在 1000 e
作者简介: 孙帆, 1985 年出生, 硕士研究生, 主要从事燃料电池的研究。E- mail: sunfan1211@ 1631 co m 通讯联系人: 郑勇, 教授, 博士生导师, 南京航空航天大学材料科学与技术学院, yzheng_only@ 2631 net
目前萤石结构材料中已用作制备电解质的有 DBi2 O 3 、Y 2 O 3 稳定的 ZrO 2 ( Y SZ) 和掺杂的 CeO2 等。 D- Bi2 O3 是目前发现的电导率最高的固体电解质材料。但这种材料结构不稳定, 在低温下为单斜相, 在高温下转变为具有离子电导性的立方相。此外, 该材料在低氧分压下易被还原, 所以很难作为 SOFC 的电解质材料。近年来对 Bi2 O 3 基电解质材料的研究, 开发了新型的掺杂材料来增强 Bi2 O3 的稳定性和防止 Bi3+ 被还原[ 6] 。使用最广泛的电解质材料是具有立方萤石结构的 Y 2 O 3 稳定的 Z rO2 ( Y SZ ) 。由于 YSZ 具有良好的相容性和力学强度, 价格低廉和几乎可以忽略的电子电导而得到了广泛的应用。当 Y2 O3 的掺杂量达到某一值时, 离子电导出现最大值, 目前其最佳掺杂量一般都控制在 8% ( 原子) 左右[ 7] 。但 Y SZ 的缺点是电导率在中温范围内较低。而其他氧化物如 Y b2 O3 和 Sc2 O 3 稳定的

质子导体燃料电池阴极材料的研究及发展概述

０ＩＪ０；。。
氧离子和质子的反应只能发生在电解质界面。但
是，实验结果表明，无论对ＳＳＣ．ＳＤＣ还是ＳＳＣ — ＢＣＳ来说氧离子和质子的反应都是快反应，不是整个反应的速控步骤，也就是说界面的反应位对电极反应的影响并不大。为了进一步比较ＳＳＣ — ＢＣＳ和ＳＳＣ．
到达阴极。在阴极一侧，０：移动到阴极一电解质接
社会的进步离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。当今世界，能源的发展，能源和环境，是
全世界共同关心的问题，决定着社会发展的进程和
未来 ” 。固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）具有高能量转化效率和低污染排放等特点，被认为是未来能源经济的基石［２１。其中，以质子导体作为电解质的固体氧化物燃料电池（Ｈ — ＳＯＦＣ）相比氧离子导体电池（ＯＳＯＦＣ）来说，具有高燃料利用率、高理论电动势、高离子迁移数以及低传导活化能等优势，因而备受关注。另外，相比于其他类型的质子导体电池，如在常温使用的质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦｃ），
和电子导体质子导体昆合阴极ＳＳＣ — ＢＣＳ的电极反
应。如图９所示，ＳＳＣ— ＢＣＳ的氧离子和质子的反应不仅发生在表面还会发生在阴极内部；而ＳＳＣ．ＳＤＣ
通过理论计算和分析判断推测出：在ＳＳＣ．ＢＣＳ阴极基元反应模型中，可能存在两个速控步骤：高频弧对应ＯＨｏ山。一ＯＨｏ胛州；低频弧对应

固体氧化物燃料电池阴极材料La坦Sr0.8Co0.8Ni0.2O4+δ的研究

１实验
０引言
将国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯化
阴极材料是固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）的关键学试剂硝酸镧（Ｌａ（ＮＯ３）・６Ｈ２０）、硝酸锶（Ｓｒ（ＮＯ３））、
部件之一ｎ，多孔的阴极是气体催化分解及传输电流的主要场所，电池的电性能与阴极材料的性能密切相
的Ｌａ２ＳｒｘＣｏｌ＿ｙＮｉｙＯ ¨ ８（ＬＳＣＮ）具有合适的热膨胀系
尿素与金属阳离子充分络合，形成溶胶，立即取出。将制备好的溶胶放入电热干燥箱于１２０ｏＣ干燥形成干凝胶，然后将干凝胶放入马弗炉中煅烧，室温４００ ℃
关。面对ＳＯＦＣ中温化（６００ — ８００ ℃）趋势的今天，制
硝酸钴（ｃｏ（Ｎ（）３）・６Ｈ２０）和硝酸镍（Ｎｉ（ＮＯ。））按
Ｌａｌ￣ＳｒｏａＣｏａＮｉｏ，Ｏ ¨ 。的化学计量比准确称量好并放入
．
蒸馏水中溶解；再称取适量的聚丙烯酸、柠檬酸和尿素与其混合静置ｌ一２ｈ后放在７５ ℃水浴槽中加热同时用磁力搅拌器均匀搅拌，确保聚丙烯酸、柠檬酸和
备出适合于ＩＴ — ＳＯＦＣ应用的高性能的阴极材料对ＳＯＦＣ的发展具有十分重要的意义圜。Ａ２ＢＯ ¨ 型结构
第３４卷第１期２０１３年３月
《陶瓷学报》
ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＣＥＲＡＭＩＣＳ

固体氧化物电池电极材料的研究进展

固体氧化物电池电极材料的研究进展摘要：本文主要综述了固体氧化物燃料电池的阴极材料的基本要求及制备方法，主要有高温固相法、溶胶－凝胶法、燃烧合成法等；介绍了近年来电池中电解质薄膜的制备工艺，并讲述了各种电解质薄膜化技术的制备原理及各自的优缺点；还介绍了Ni基陶瓷阳极性能优化和解决积炭的方法。

此外，还对SOFCs阴极、阳极和电解质材料的发展前景进行了展望。

关键词：制备方法；SOFC；阴极材料；阳极材料；电解质薄膜1前言化石燃料过度消耗所引发的能源危机和环境污染，引发了可再生能源和新型储能转换系统的蓬勃发展[1]。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种以离子导电氧化物为电解质的高温燃料电池[2],能够将化学能直接转化成电能，而无需热能的中间转换[3]，受到了研究者的广泛关注。

固体氧化物燃料电池跟其他电池一样，主要由电解质、阴极、阳极三部分组成。

要实现电池高效工作，各组件材料的性能很关键。

根据工作原理可知，电解质材料必须致密以防止气体泄漏，且具有很高的离子电导；电极材料一般为多孔结构，其具有高的混合电导，同时热膨胀系数与电解质材料接近；阴极材料需要对电极反应具有高的催化活性，若使用碳基燃料，阳极材料要具有足够好的抗积碳性和稳定性 [4]。

电池材料的制备工艺对性能有着决定性的作用。

因此，本文就燃料电池的阴极、电解质材料、阳极材料的制备方法及其研究进展作一下介绍。

2 阴极材料的制备（1）高温固相法： FU[5]以Sm2O3, SrCO3等作为起始原料，采用乙醇湿法混合，球磨后，在1000℃煅烧4h，再球磨20h制备Sm0.5Sr0.5Co0.4Ni0.6O3-δ阴极粉末。

（2）溶胶－凝胶法：在分子水平上将原料混合、反应，一般得到纳米级产物，产品均一性强且活性高，如JIN等通过溶胶凝胶法制成Ba1.2Sr0.8CoO4+δ粉末。

（3）燃烧合成法：研究者利用硝酸盐易于低温热分解来制备纳米阴极材料粉体。

GAO等[6]通过甘氨酸－硝酸盐法制备La1-xSrxNiyFe1-yO3-δ。

新型固态氧化物燃料电池的研究及应用

新型固态氧化物燃料电池的研究及应用新型固态氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell，SOFC）是一种基于固体电解质的燃料电池，它将氢气、甲烷等燃料和氧气从空气中传输到电池中，发生化学反应，产生电子和离子，经过电子流动，在外流电路中释放能量。

新型固态氧化物燃料电池，相比传统的燃料电池，有更高的效率，更低的排放，更长的使用寿命，成为未来清洁能源的主要研究方向之一。

一、研究1.1 原理新型固态氧化物燃料电池（SOFC）作为一种基于固体电解质的燃料电池，其本质原理是将燃料和氧气在电极和电解质之间进行氧离子传输，发生化学反应从而释放能量。

其原理比较简单，但技术含量密集，还需要解决很多问题，如电极和电解质的优化设计、材料的选择和制备等。

1.2 材料固体氧化物燃料电池（SOFC）主要有三种类型的电解质材料：氧化物、磷酸盐和固态电解质。

其中，氧化物电解质材料是使用最广泛的一种材料，其在高温下有良好的电导率和化学稳定性。

目前，高温单晶体电解质制备技术和多晶电解质烧结技术成为研究的热点，有望加速电池技术的发展。

1.3 组件新型固态氧化物燃料电池（SOFC）的最主要组成部分是电极、电解质和传导层。

电极用于导电和催化反应，电解质用于传递离子和稳定反应，传导层则用于传递电子。

二、应用2.1 发电新型固态氧化物燃料电池（SOFC）的适用范围比较广泛，主要应用于工业和家庭电力供应领域；在工业用途上，SOFC主要是通过发电为工厂提供电力；在家庭运用上，SOFC主要是通过取暖、空调等功能产生的过热水、发电和应用为一体的家用机组来实现家庭电力供应。

2.2 燃料制氢新型固态氧化物燃料电池（SOFC）的使用还可以促进燃料氢的制备。

其原理是将原本难以分解的化合物在高温的SOFC电解池中进行水解反应，还原出氢气。

这种方法可以让人们以更高效的方式获得氢气，为未来氢能源的发展提供支持。

值得注意的是，SOFC在此方面还需要长时间的测试和实验，以确定其可行性和应用性。

对称双阴极固体氧化物燃料电池

对称双阴极固体氧化物燃料电池
对称双阴极固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池技术。

它采用了对称结构，即在燃料电池两侧都设置了阴极。

这种结构的好处是可以充分利用燃料的能量，在两个阴极上同时产生电子，并将其输送到电路中。

此外，对称双阴极结构还可以减少燃料电池中的电子和离子传输所需的路径长度，从而提高燃料电池的效率。

固体氧化物燃料电池的阴极材料通常是钙钛矿结构的氧化物，如
La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF)。

LSCF具有良好的导电性和化学稳定性，是固体氧化物燃料电池的重要材料之一。

对称双阴极固体氧化物燃料电池的研究仍在不断深入，未来有望成为燃料电池领域的重要技术。

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中温固体氧化物燃料电池的阴极材料和阴极过程的开题报告

中温固体氧化物燃料电池的阴极材料和阴极过程的
开题报告
电化学能源转换是解决能源和环境问题的重要方向之一。

其中，固体氧化物燃料电池被认为是一种高效且具有潜力的能源转换技术，因为它们可以直接将化学能转化为电能，并且能够同时产生高质量的热量和纯净的CO2。

固体氧化物燃料电池（SOFCs）包括一个阴极、一个阳极和一个固体电解质。

在SOFC中，固体电解质是由氧化物形成的，如氧化钇钛石（Yttria-stabilized zirconia，YSZ）。

阳极接收氢等燃料，同时阴极接收氧气，通过氧化还原反应产生电能。

因此，阴极材料的性能对SOFC的电化学性能有着深刻的影响。

在SOFC中，阴极的主要反应是还原氧气为氧化物离子（O2-），同时释放出电子。

这些电子经过外部负载形成电流，氧化物离子则通过固体电解质向阳极迁移。

为了有效发挥SOFC的性能，阴极材料需要满足以下条件：
1. 具有高的阴极催化活性和稳定性；
2. 具有良好的氧离子和电子传导性；
3. 耐高温，能够在高温下保持良好的性能；
4. 能够与其他SOFC组件配合良好。

目前，常见的SOFC阴极材料包括钙钛矿（perovskite）、尖晶石（spinels）和氧化钇（yttria）等材料。

其中，钙钛矿是最常见的阴极材料之一，由于其具有高的阴极催化活性和良好的氧离子和电子传导性，因此被广泛应用于SOFC中。

此外，尖晶石材料也被广泛研究，因为它们可以在低温下实现高的离子传导率。

总之，由于SOFC是一种高效而可靠的电化学能源转换技术，因此需要研究和发展新型的阴极材料，以进一步提高SOFC的性能和稳定性。

中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料的研制的开题报告

中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料的研制的开题报告一、研究背景和意义中温固体氧化物燃料电池是一种高效、环保、灵活多变的电化学转化装置，已经广泛应用于能源、化工、交通等领域。

其中，阴极材料是燃料电池的关键组成部分之一，对电池性能、稳定性和寿命等方面具有重要影响。

目前已有多种阴极材料如La-Sr-Mn-O系、La-Co-Fe-O系等被应用于中温固体氧化物燃料电池中，但这些材料都存在一定局限性，如催化活性低、稳定性不足等问题。

因此，研究和开发新型高效、稳定、低成本的中温固体氧化物燃料电池阴极材料，具有重要的研究意义和实际应用价值。

二、研究内容和目标本项目旨在研究一种中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料的制备、性能测试及机理分析，并探索其在中温固体氧化物燃料电池中的应用前景。

具体研究内容包括：1.合成新型阴极材料，并进行结构表征和物性测试；2.在中温固体氧化物燃料电池单电池水平测试新型阴极材料的电化学性能；3.分析新型阴极材料的催化机理及性能提升途径。

三、研究方法和步骤本项目拟采用以下方法和步骤：1. 合成新型阴极材料：根据文献研究，选择一种合适的材料体系并优化合成工艺，通过XRD、SEM、TEM、TG等技术对材料进行结构表征和物性测试。

2. 制备中温固体氧化物燃料电池单电池：采用标准的固体氧化物燃料电池单电池制备方法，搭建单电池测试平台。

3. 测试新型阴极材料的电化学性能：在单电池测试平台上，通过恒流充放电测试、电化学阻抗谱测试等方法，研究新型阴极材料的电化学性能。

4. 分析新型阴极材料的催化机理及性能提升途径：采用红外光谱、X射线光电子能谱等技术手段，对新型阴极材料的催化机理进行研究，并探索性能提升途径。

四、预期成果和意义本项目的预期成果如下：1. 合成一种新型高效、稳定的中温固体氧化物燃料电池阴极材料；2. 对新型阴极材料的电化学性能进行测试和分析，得到其电化学性能参数；3. 对新型阴极材料催化机理进行分析，探索开发更高效、低成本的阴极材料的途径；4. 探索新型阴极材料在商业化固体氧化物燃料电池应用中的前景。