钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料
固体电解质
萤石结构的氧化物中以ZrO2 BiO3、GeO2为主。氧化锆基电解质是研究的最多也应用的最广的电解质材料，特别是Y2O3完全稳定化ZrO2(YSZ)，是固体氧化物燃料电池最常用的电解质。其中，Y2O3的含量一般为8～10% ，Y2O3主要起稳定结构和提高氧离子空位的作用。纯的ZrO2不能用作电解质，主要由于其离子导电性太差。纯的CeO2从室温至熔点具有与YSZ相同的萤石结构，不需进行稳定化。掺杂的CeO2具有比YSZ高的离子电导率、低的活化能，极有希望成为SOFC的电解质材料。但CeO2基材料的离子导电性范围较窄，在还原气氛下Ce4部分将被还原为Ce3+，而产生电子电导率，从而降低电池能量转换效率。因此必须把CeO2基材料的离子电导范围扩大，在还原气氛下尽量降低电子电导，这样他才能作为SOFC电解质材料。各种固体电解质材料中，Bi2O3基电解质材料具有最高的离子导电性，其电导率比YSZ高一个数量级，且与ZrO2电解质相比，与电极之间的界面电阻更小。但是Bi2O3基电解质材料存在以下两方面的缺点：一是Bi2O3基电解质材料在低氧分压下极易被还原，在燃料两侧还原出的细小金属铋微粒使表面变黑，减小了离子电导率。另外掺杂的Bi2O3基电解质材料在低于700℃时，呈热力学不稳定状态，经长时间退火后，会有立方菱方相变出现，而菱方相导电性能很差。
低温固体氧化物燃料电池
低温固体氧化物燃料电池
低温固体氧化物燃料电池（Low-temperature Solid Oxide Fuel Cell，简称LTSOFC）是指在较低温度下（通常在500℃以下）运行的一种固体氧化物燃料电池。
与高温固体氧化物燃料电池（HTSOFC）相比，LTSOFC具有更低的运行温度，使得其更加耐久，更容易制造和维护。
同时，较低的温度也允许LTSOFC使用更为廉价的材料。
LTSOFC的电极材料通常是金属或氧化物/金属混合物，其中阴极常使用银-钇钙铁氧体（Ag-YDC）和钙钛矿（La0.7Sr0.3MnO3），阳极则常使用钯-铂-铬合金。
与传统的燃料电池相比，LTSOFC可以利用不同种类的燃料，包括氢气，甲烷，甲醇，氨等。
LTSOFC的应用包括家用和商用发电系统，以及汽车和飞机等交通工具的动力系统。
由于其较低的运行温度和更廉价的材料，LTSOFC被认为是未来燃料电池的一个潜在方向。
固体氧化物燃料电池钴基钙钛矿结构阴极材料
固体氧化物燃料电池钴基钙钛矿结构阴极材料说到固体氧化物燃料电池，哎呀，那可真是科技界的一颗璀璨明珠啊！这东西可棒了，能够高效地将化学能转化为电能，真的是现代科技的奇迹。
不过，我们今天要聊的可不是燃料电池的历史，而是它的关键材料——钴基钙钛矿结构阴极材料。
听起来是不是很高大上？但别担心，我会把它讲得简单易懂，让我们一起轻松走进这个神秘的世界。
1. 钴基钙钛矿结构阴极材料的盛宴1.1 什么是钴基钙钛矿？钴基钙钛矿，乍一听就像是从科技小说里冒出来的外星物质，其实它就是一类特殊的氧化物，化学式看起来有些复杂，但别被吓到，简单来说，就是以钴为主要元素的一类材料，拥有钙钛矿的结构。
想象一下，就像是一栋栋相互连接的楼房，钴和其他元素在这里搭起了一座座美丽的化学大厦，功能可不小哦！作为燃料电池的阴极材料，它的任务就是在反应中帮助产生电流，真不容易，任劳任怨，简直就像是我们生活中的每一位默默奉献的小角色。
1.2 为何选择钴基钙钛矿？那钴基钙钛矿究竟有什么妙处呢？首先，它的电导率非常高，可以轻松“招待”大客流的电子，确保电池的高效运行。
想象一下，阳光明媚的日子里，朋友们齐聚一堂，我们一起聊天、打牌，热闹得不亦乐乎，而钴基钙钛矿正是那个能的电池狂欢派对的主办方，确保每个人都玩的痛快！其次，它的耐高温性也很棒，让燃料电池在极端条件下依然能维持“战斗力”。
看来，这材料不光聪明，还很“毅力十足”，简直是个强壮的小伙子！2. 钴基钙钛矿的应用前景2.1 推向市场的火箭！在现代社会，环保与高效是我们的追求，固体氧化物燃料电池不仅可以利用多种燃料，还能减少二氧化碳的排放，真的是一颗节能减排的福星。
想象一下，未来的城市里，阳光、风能与这个钴基钙钛矿阴极材料一起，撑起了绿色生活的蓝图，简直美如画，令人向往。
但光是好材料还不够，这火箭还得好好培训，才能直冲云霄！将这些材料推广开来，提升生产效率，才能让它真正走进我们的生活。
2.2 研发团队的故事说到研发这些材料的团队，简直是一群“科学怪人”！每天埋头苦干，翻阅资料、做实验，偶尔血压有点高，心脏也小激动一下，这可都是为了弄出更棒的实验结果。
钙钛矿氧化物固态电解质
钙钛矿氧化物固态电解质
钙钛矿氧化物是一种具有良好离子传导性能的固态电解质材料，被广泛应用于固态氧化物燃料电池、固态电容器、化学传感器等领域。
其化学结构为ABO3，其中A位点是碱土金属离子，B位点是过渡金属离子，O位点是氧离子。
目前广泛研究的钙钛矿氧化物电解质主要包括钙钛矿型氧化物、钙钛矿型氧燃石型氧化物和二维氧化物等。
钙钛矿型氧化物，如LaAlO3、SrTiO3、LaGaO3等，在固态氧化物燃料电池中被用作电解质材料。
这些材料具有优良的氧离子传导性能和化学稳定性，能够较好地保持电池的高效工作。
在氧离子传导方面，它们有着较高的氧离子传导数值，主要是由于ABO3晶体的晶格畸变所致。
这种晶格畸变会导致材料中存在较大的空位和失配缺陷，使得氧离子在整个晶体中的传导速度得到增加。
钙钛矿型氧燃石型氧化物，如Gd0.1Ce0.9O1.95、Sm0.2Ce0.8O1.9等，则主要应用于化学传感器等领域。
这些材料具有比较高的氧离子传导性能和较低的电子导电性能，能够有效地防止材料的电子、离子互渗，从而保证传感器的信号稳定性和准确性。
此外，这些材料还具有较高的化学稳定性和较好的机械性能，能够适应复杂的工作环境。
二维氧化物如Bi2WO6、Bi2MoO6等，是一类新型氧离子导体材料。
这些材料具有较高的氧离子传导率、与常规氧化物导体相比更低的电阻率和较好的稳定性。
此外，这些材料还具有较好的化学修饰性能，能够通过表面修饰实现针对性的分子识别，进而应用于化学传感器领域。
钙钛矿电池上游原材料
钙钛矿电池上游原材料一、引言钙钛矿电池是一种新型的太阳能电池，具有高效能转换和低制造成本的优势。
而钙钛矿电池的制造过程离不开关键的上游原材料。
本文将详细介绍钙钛矿电池的上游原材料，包括钙钛矿材料、阳极材料、阴极材料和电解液等。
二、钙钛矿材料钙钛矿材料是钙钛矿电池最为重要的组成部分之一。
钙钛矿晶体结构特殊，能够吸收太阳能并将其转换为电能。
常用的钙钛矿材料有有机钙钛矿和无机钙钛矿两种。
有机钙钛矿是近年来的研发热点，具有可调控性好、制备工艺简单等优点。
而无机钙钛矿则具有更高的光电转换效率和稳定性。
在钙钛矿电池的制造中，选择合适的钙钛矿材料对最终电池性能起着重要的影响。
三、阳极材料阳极材料作为钙钛矿电池的另一个重要组成部分，承担着电荷传输和电化学反应的功能。
常用的阳极材料有氧化钛、钛硅氧化物等。
氧化钛是一种广泛应用于太阳能电池领域的材料，它具有良好的光电特性和稳定性。
而钛硅氧化物则是近年来的研究热点，具有更高的光吸收能力和导电性能。
阳极材料的选择对电池的能量转换效率和稳定性具有重要影响。
四、阴极材料阴极材料在钙钛矿电池中起到接受电子并参与电化学反应的作用。
常用的阴极材料有氧化钛、氧化镉等。
氧化钛具有良好的导电性和稳定性，是一种常用的阴极材料。
而氧化镉则具有更高的光电转换效率，但由于其对环境的污染性，近年来在钙钛矿电池中的应用逐渐减少。
在选择阴极材料时，需要综合考虑其电化学性能和环境友好性。
五、电解液电解液是钙钛矿电池中负责离子传输的重要组成部分。
通常使用有机溶剂作为电解液的基质，并掺入适量的离子盐。
常用的电解液有多种，如甲醇溶液、乙二醇溶液等。
电解液的选择需要考虑其对钙钛矿材料和电池性能的兼容性，同时也要注意其稳定性和安全性。
六、总结钙钛矿电池的上游原材料对电池性能至关重要。
钙钛矿材料作为太阳能吸收和能量转换的核心，阳极材料和阴极材料分别在电荷传输和电化学反应中发挥作用，而电解液则是确保离子传输的关键。
钙钛矿电池原料
钙钛矿电池原料
钙钛矿电池是一种新型的太阳能电池，由钙钛矿（Perovskite）晶体材料制成。
它具有高效能、低成本、易制备等优点，被认为是下一代太阳能电池技术的发展方向。
钙钛矿电池的主要原料包括以下几种：
钙钛矿晶体材料：主要由铅、锡、硫、氮、碘等元素组成，可以通过化学合成、物理气相沉积、旋转涂覆等方法制备。
电极材料：钙钛矿电池的阳极和阴极可以采用多种材料，如氧化锌、钛、锡、碳等。
导电材料：导电材料可以提高电极材料的导电性能，如碳纳米管、氧化铟锡等。
包埋材料：钙钛矿电池需要使用透明的包埋材料来保护电极和防止外界物质的侵入。
目前常用的包埋材料有二氧化硅、氧化铟锡等。
需要注意的是，钙钛矿电池的制备过程中使用的材料需要具备高纯度、高品质等要求，以保证太阳能电池的性能和稳定性。
同时，钙钛矿材料含铅成分，如果处理不当会对环境造成污染，因此在制备和使用过程中需要注意环境保护和安全生产。
固体氧化物燃料电池(SOFC)
电极材料 ：
SOFC中电极有阳极和阴极之分，阳极位于燃料气一侧，而阴 极位于氧气一侧。
阳极材料：目前普遍采用Ni-YSZ材料为阳极材料，它具有催 化活性高、价格低等优点。
阴极材料：目前，SOFC中广泛采用的阴极材料是锶掺杂的 亚锰酸镧（LSM）钙钛矿型材料.因为它具有高的电子电导 性、电化学活性和与YSZ相近的热膨胀系数等综合优良性 能。
高温无机密封材料：
高温无机密封材料也是平板式SOFC的关键材料之一，用于组装 电池时夹层平板结构和双极连接板之间的密封。 高温密封材料主要采用高温玻璃材料或玻璃/陶瓷复合材料。 玻璃焊料可以采用纯玻璃的结构或微晶玻璃结构。依据SOFC工 作温度时的焊料状态，可分为软封接与硬封接。
固体氧化物燃料 电池
固体氧化物燃料电池（SOFC）
燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂 中的化学能转换为电能的高效发电装置。
阳极 燃 料
电解质
阴极 氧气
水、 尾气
水、 尾气
SOFC的优点：
① 发电效率高，直接把化学能转变为电能，不受卡若循环 的限制，理论效率可达80%； ②可使用多种燃料：氢气、甲烷、天然气；
H
2
1 2
O 2 H 2O
连接阴极阳极可以得到的电流大小为
I n F Q
阴极 H2OΒιβλιοθήκη 电解质阳极H2 H+ O2
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SOFC固体电解质材料:
氧化锆基电解质 氧化铈基电解质材料 氧化铋基电解质材料 掺杂LaGaO3电解质材料 其中，氧化锆基电解质材料是高温电解质材料，以ZrO2为基的电 解质在低温下的比电阻过大，电流密度为I=150mA/cm2时内阻和 电极极化引起的电压降将高达0.2V，这个损失是很大的，所以必 须工作在1000℃以上的温度下，才能获得比较大的电导率。
钙钛矿型SOFC阴极材料的研究进展
万方数据热和化学稳定性、高的催化活性等。
在ＳＯＦＣ中，阴极在限制电池性能方面起着重要的作用，有研究显示，在薄电解质的ＳＯＦＣ中，在５５０～８００℃范围内，阴极的界面电阻大约是整个电池总电阻的７０％～８５％１２１，因此，阴极材料的选择和阴极材料性能的提高在增加电流密度和降低电池工作温度等方面显得非常重要。
目前，最常用的ＳＯＦＣ阴极材料是钙钛矿型稀土复合氧化物，近年来，人们从电极材料的结构、导电机理、阴极上的氧还原反应机理以及阴极膜结构等方面对掺杂钙钛矿型阴极材料进行了广泛的研究，并取得了较大的进展［２】。
１钙钛矿类阴极材料的结构特点目前，最常用的ＳＯＦＣ阴极材料是掺杂ＡＢＯ，（Ａ＝Ｌａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｎｄ；Ｂ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）型钙钛矿氧化物。
钙钛矿结构示意图如图２【３ｌ所示，这里Ａ代表离子半径较大的阳离子，Ｂ是离子半径较小的阳离子，ｘ是阴离子。
ａ是晶格长度。
下面以传统的掺锶锰酸镧（Ｌａ。
＿。
Ｓｒ．Ｍｎ０３４，ＬＳＭ）阴极材料为例来说明钙钛矿类阴极材料的结构特点。
图２理想钙钛矿结构单位晶胞示意图圈Ｆｉｇ．２ＵｎｉｔｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｎｉｄｅａｌＡＢ０３ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｌ日Ｌａ。
＿ｘＳｒ．ＭｎＯ，。
材料具有畸形的钙钛矿结构，氧、锰离子构成Ｍｎ．Ｏ。
八面体。
Ｌａ。
§ｒＭｎ０。
中钙钛矿的结构受容差因子ｔ的制约，ｔ可以用公式（１）表达：么＋名√２（珞＋ｔｏ）（１）式中：ｒＡ，ｒＢ和毛分别代表Ａ位，Ｂ位离子和０２一的半径。
当ｔ在０．７５～１．００之间时化合物具有稳定的钙钛矿结构。
当ＬａＭｎＯ，掺入ＳｒＯ时，为了维持系统的电中性，部分Ｍｎ”被氧化变价为Ｍｎ４＋。
从离子半径分析可以得知，ｓｐ的掺人有利于Ｌａ。
．§ｒＭｎ０＂材料的稳定。
ＳＰ的离子半径为１．４４ｒｉｍ，Ｌａ３＋的离子半径为１．３６ｎｍ，Ｍｎ”的离子半径为０．７２ｎｍ，Ｍ矿的离子半径为０．５３ｎｌｉｌ［４１。
能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
常见种类
常见的阳极材料包括掺杂的金属氧化 物、复合金属氧化物和钙钛矿型材料 等。
阴极材料
适用范围
阴极材料主要用于固体氧化物燃料电池中的氧还原反应， 要求具有良好的氧还原催化活性、电子导电性和稳定性。
常见种类
常见的阴极材料包括钙钛矿型材料、层状结构材料和复合 阴极材料等。
发展趋势
为了提高SOFC的阴极性能，研究者们正在探索具有高氧 还原催化活性、高电子导电性和稳定性的新型阴极材料， 如过渡金属氧化物、氮化物和碳化物等。
密封与连接
采用合适的密封材料和工艺，确保电池的气密 性和稳定性，同时将电极引出线与外部电路连 接。
电性能测试
测量 SOFC的电压、电流和功率等电 性能参数，以评估其性能表现。
稳定性测试
通过长时间运行测试，观察SOFC的性能 衰减情况，评估其使用寿命和可靠性。
环境适应性测试
在不同温度、湿度和压力等环境下测试 SOFC的性能表现，以评估其实际应用能 力。
组件制备
01
02
03
流延成型
将制备好的粉末与粘结剂 混合，通过流延机制备出 薄膜状的电解质和连接体。
热压成型
将粉末填充到模具中，通 过热压成型制备出电极和 连接体组件。
烧结
在一定温度下对组件进行 烧结，去除粘结剂并使粉 末颗粒间形成致密的陶瓷 相。
电池装配
组件叠层
将电极、电解质和连接体按照设计好 的顺序叠层装配在一起。
低成本化
降低SOFC的成本是实现大规模应用的必要条件。通过开发低成本制备工艺、优化材料配 方、提高材料利用率等方式，可以降低SOFC的制造成本。
规模化应用
随着技术的不断成熟和成本的降低，SOFC有望在未来实现规模化应用。在分布式发电、 移动电源、电动汽车等领域，SOFC具有广阔的应用前景。
钙钛矿太阳能电池的金属电极
钙钛矿太阳能电池的金属电极太阳能作为一种清洁、可再生的能源，受到越来越多人的关注和重视。
而钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的太阳能电池技术，具有高能量转换效率、低制造成本和优良的光电特性等优点，成为了研究的热点。
其中，金属电极作为钙钛矿太阳能电池的关键组成部分之一，对其性能和稳定性有着重要影响。
钙钛矿太阳能电池的金属电极主要分为阳极和阴极两部分。
阳极通常采用导电性能较好的材料，如氧化锡或碳纳米管。
而阴极则需要具备良好的导电性和催化活性，常见的材料有金属铂、碳纳米管和导电聚合物等。
金属电极在钙钛矿太阳能电池中具有多重功能。
首先，金属电极能够提供电子传导通道，将光生电荷从钙钛矿层传输到外部电路中。
其次，金属电极还能够吸收光线，增强光的吸收效果，提高光电转换效率。
此外，金属电极还需要具备良好的稳定性和耐腐蚀性，以保证太阳能电池的长期稳定运行。
在设计和制备金属电极时，需要考虑以下几个方面。
首先，金属电极的制备工艺需要简单、成本低廉，以降低钙钛矿太阳能电池的制造成本。
其次，金属电极的表面形貌和结构对光电转换效率有着重要影响。
较大的比表面积和较好的导电性能可以提高光吸收和电子传输效率。
此外，金属电极的稳定性也是制备过程中需要考虑的重要因素。
近年来，研究人员通过不断改进制备工艺和材料选择，取得了一系列关于钙钛矿太阳能电池金属电极的重要进展。
例如，采用纳米结构的金属电极可以显著提高光电转换效率。
此外，通过表面修饰和涂覆保护层等手段，可以提高金属电极的稳定性和耐腐蚀性。
然而，钙钛矿太阳能电池的金属电极仍然面临一些挑战。
首先，金属电极在制备过程中容易出现缺陷和杂质，影响光电转换效率和稳定性。
其次，金属电极在长期工作过程中可能会发生腐蚀或氧化，导致性能下降。
因此，寻找更加稳定和耐腐蚀的金属电极材料是当前的研究重点。
钙钛矿太阳能电池的金属电极是影响其性能和稳定性的关键因素之一。
金属电极不仅提供电子传导通道，还能够吸收光线和增强光的吸收效果。
固体氧化物燃料电池的结构和工作原理
固体氧化物燃料电池的结构和工作原理固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种以固体氧化物作为电解质的燃料电池。
它具有高效、低污染、多燃料适用等特点，被广泛应用于能源领域。
固体氧化物燃料电池的基本结构包括阳极、阴极和固体氧化物电解质。
阳极是氧化还原反应的正极，通常由镍-YSZ（氧化钇稳定的锆）复合材料制成。
阴极则是氧气还原反应的负极，常用的材料有钇掺杂钙钛矿氧化物（如La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3，简称LSCF）。
固体氧化物电解质常用的材料有氧化钇稳定的锆（YSZ）和氧化钇稳定的钇（Y2O3）。
固体氧化物燃料电池的工作原理是通过氧离子在固体氧化物电解质中的传导来实现能量转化。
在工作过程中，燃料（如氢气、甲烷等）在阳极处发生氧化反应，释放出电子和氧离子。
电子沿外电路流动，形成电流用于驱动外部设备。
而氧离子则通过固体氧化物电解质传导到阴极处。
在阴极处，氧离子与氧气发生还原反应，生成氧气的电子和负离子。
负离子通过固体氧化物电解质返回阳极，与燃料中的氧气再次发生氧化反应，循环进行。
固体氧化物燃料电池具有许多优点。
首先，它具有高效能的特点。
固体氧化物燃料电池的工作温度通常在800-1000摄氏度之间，相比于其他类型的燃料电池，固体氧化物燃料电池的高温使得其具有更高的能量转化效率。
其次，固体氧化物燃料电池是一种多燃料适用的燃料电池。
它可以利用多种燃料（如氢气、甲烷、乙醇等）进行工作，具有很高的灵活性。
此外，固体氧化物燃料电池的废热可以被回收利用，提高能量利用效率，减少能源浪费和环境污染。
然而，固体氧化物燃料电池也存在一些挑战和问题。
首先，由于固体氧化物燃料电池的高工作温度，需要较长的预热时间才能达到工作温度，降低了启动速度。
其次，固体氧化物燃料电池的材料和组件较为昂贵，制造成本较高。
此外，由于固体氧化物燃料电池在高温下工作，材料的稳定性和寿命也是一个挑战。
因此，需要进一步研究和开发材料和技术，提高固体氧化物燃料电池的性能和可靠性。
钙钛矿电极材料
钙钛矿电极材料是一类具有特殊晶体结构的材料，具有良好的电催化性能和能源转换效率。
钙钛矿型催化剂电极材料La、Ba、Pb等金属卤化物钙钛矿太阳能电池因其具有低成本、高效率的优势，在过去的十年中受到了广泛的关注。
持续提高光电转化效率是钛矿太阳能电池发展的关键，但同时也面临着能源储存的困境，导致潜在的资源浪费。
将太阳能转化为化学燃料被视为促进能源多样性和提高其利用效率有效途径。
钙钛矿电极材料的研究主要集中在以下几个方面：
1. 钙钛矿型催化剂电极材料的制备：采用化学法制备钙钛矿型氧化物，如La、Ba、Pb 等金属卤化物钙钛矿。
2. 钙钛矿太阳能电池：研究高效率的钙钛矿太阳能电池，以甲基铵卤化铅和全无机卤化铯铯等材料为基础，提高光能的捕获、转换和存储一体化效率。
3. 钙钛矿电催化：将钙钛矿太阳能电池与电化学转换系统进行集成，实现二氧化碳电还原、氧还原等高效稳定的电催化过程。
4. 钙钛矿结构化合物：研究新型高熵钙钛矿对称电极材料，用于高效稳定的二氧化碳电还原等。
钙钛矿电极材料的研究成果为实现高效、低成本的太阳能电池及其集成系统提供了理论基础和技术支持。
钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展
0 F C )具 有 发 电效 率高
、
、
燃料使用
、
来 的密 封
、
热应 力 结构等
、
一
系 列 问题
，
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还 可 以 减 少 电池材料
，
采 用 全 固态 陶 瓷 结构
一
不 存在 电解 质 损耗 和 电极腐 蚀
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2008
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期 期
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第35
卷 总第
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钙 钛 矿 型 中低 温 固 体 氧化 物 燃 料 电 池 阴 极 材 料
研 究进展
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固 体 氧化物燃料 电池 (s 面广
固体氧化物燃料电池工作原理
固体氧化物燃料电池工作原理
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高
温燃料电池，利用固体氧化物作为电解质，将燃料气和氧气直接在电解质上进行电化学反应，以产生电能。
SOFC的核心部件是由阳极、电解质和阴极组成的三明治结构。
阳极通常由镍基材料组成，用于催化燃料的电化学氧化反应。
电解质是固体氧化物，如氧化锆或氧化钇稳定的氧化物。
阴极通常由钙钛矿结构的氧化物制成，用于催化氧还原反应。
工作原理如下：
1. 燃料供应：燃料气（如氢气、甲烷等）进入阳极侧，通过阳极材料的催化作用，发生氧化反应，产生电子和阳离子。
2. 电化学反应：阳离子由电解质中传递到阴极侧，电子则通过外部电路流动，形成电流。
在阴极侧，氧气从外部供应进入，与电解质中的阳离子结合，发生还原反应。
3. 电子复合：在阴极上，氧还原反应产生的氧离子与从电解质的阳离子传导过来的电子进行复合，释放出化学能，转化为电能。
4. 发电产能：通过外部电路，流动的电子形成电流，供应给外部电器设备，从而将化学能转化为电能。
5. 副产物排放：SOFC的副产物为水蒸气和少量二氧化碳，而
无氮氧化物和有害颗粒物的排放。
SOFC具有高效率、灵活燃料选择、低污染以及高热电耦合特
性等优点，广泛应用于独立发电、电网输配电、交通工具动力等领域。
gdc浸渍lscf纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征 -回复
gdc浸渍lscf纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征-回复GDC浸渍LSCF纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换器，其优点包括高能量转换效率、燃料的多样性以及低碳排放等。
SOFC的性能主要受到阴极的影响，因此，研究和开发具有高催化活性和稳定性的阴极材料是提高SOFC性能的关键。
在过去的几十年中，很多研究工作集中在阴极材料的改进，以提高其氧还原反应（ORR）的活性和耐久性。
其中，LSCF（钙钛矿型过渡金属氧化物La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ）是一种被广泛研究并应用于SOFC阴极的材料。
LSCF具有较好的导电性和活性，且与电解质材料YSZ（氧化釔稳定氧化锆）具有良好的相容性。
然而，LSCF材料的比表面积较低，使其活性面积有限，从而限制了其在SOFC 阴极中的应用。
为了克服这一问题，研究人员一直在寻找新的方法来增加LSCF的活性面积。
在最近的研究中，一种新的方法——GDC（钆掺杂氧化钇）浸渍LSCF纤维的制备方法被提了出来，通过将LSCF纤维浸渍到GDC溶液中，然后经过煅烧得到GDC浸渍LSCF纤维。
这种方法可以增加LSCF的活性面积，从而提高SOFC阴极的催化活性。
首先，制备GDC浸渍LSCF纤维的关键步骤是准备LSCF纤维和GDC溶液。
LSCF纤维可以通过溶胶-凝胶法、静电纺丝法等方法制备得到。
GDC 溶液则可以通过化学沉淀法来制备，将适量的钆盐和氧化钇溶解在水中，加入适当的络合剂和沉淀剂，控制反应条件，沉淀得到GDC。
接下来，将制备好的LSCF纤维浸入GDC溶液中，以使GDC溶液渗透到纤维内部，使LSCF纤维被GDC包裹。
浸渍时间和浸渍温度可以根据实际需要进行调整，以获得最佳的浸渍效果。
然后，将浸渍后的LSCF纤维进行煅烧，以使GDC和LSCF发生反应，形成更高比表面积的GDC浸渍LSCF纤维。
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钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料吕世权;龙国徽;孟祥伟;纪媛;王小敏;孙翠翠【摘要】固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视.钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和较好的催化活性而被越来越广泛地应用于SOFCs的阴极材料中.对钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阴极的设计要求出发,着重比较了A1-xSrxCoO3(A=La,Sm,Dy等稀土元素)系列、A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ、SrScxCo1-xO3-δ系列和双钙钛矿系列阴极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2010(034)007【总页数】4页(P734-737)【关键词】固体氧化物燃料电池;钙钛矿;阴极材料【作者】吕世权;龙国徽;孟祥伟;纪媛;王小敏;孙翠翠【作者单位】吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023【正文语种】中文【中图分类】TM911.4固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能源的综合利用率高，运行无污染等突出优点，是一种极具发展前景的新型能源转化系统[1-3]。
SOFC的中低温化可以大大降低其制造成本，提高其操作寿命，这样既保持传统SOFC的突出优点，又可避免因工作温度过高而带来的一系列问题，因而是当前SOFC的研究热点[4]。
然而随着运行温度的降低，SOFC的工作性能出现显著的劣化，这主要是因为工作温度的降低使电解质的欧姆极化损失以及电极的活化极化损失增加，从而严重地影响了电池的性能[5]。
我们知道阴极材料是SOFC的重要组件，其欧姆损失在整个SOFC的欧姆损失中约占65%。
若降低SOFC的运行温度，将引起阴极的极化过电位增加、界面电阻增大。
因此，寻找和研制在较低的温度下仍具有良好性能的新型阴极材料是发展中低温SOFC的关键。
目前，由于钙钛矿型的离子电子混合导体(MIEC)材料一般具有较高的离子电子导电性[6-7]，近年来受到极大的关注。
本文着重叙述了钙钛矿型中低温SOFC阴极材料的应用及发展动态，这些材料包括单钙钛矿结构和双钙钛矿结构的阴极材料。
1 阴极材料的设计要求及导电机理1.1 阴极材料的设计要求使用氧离子导电电解质的SOFC的阴极的作用是把O2还原成O2－，然后O2－通过电解质转移到阳极，也就是阴极为氧化剂的电化学还原提供场所。
实际上，在阴极发生的反应是一个复杂的过程，由一系列体相及表面过程组成。
作为阴极材料，必须具备如下条件：(1)良好的热化学稳定性及与电解质材料的化学相容性和附着性，与双连接板之间的化学相容性；(2)阴极材料必须在氧化气氛下保持稳定并具有抗高温腐蚀性能；(3)理想的孔隙率(30%～40%)，以减小浓差极化电阻,良好的界面状态以减小电极和电解质的接触电阻；(4)有足够高的氧还原反应催化活性，以降低氧气还原时的极化发生；(5)具有足够高的电子电导率，以尽可能降低电子传输过程中的欧姆损失。
1.2 阴极材料的导电机理依据ABO3型钙钛矿结构特点用低价元素对A位进行掺杂(如用Ba2+掺杂Pr3+)，会引起材料结构内部电荷的不平衡。
为使电荷达到平衡,在材料内部出现氧空位,或B位离子发生升价，即晶体中点缺陷，从而引起氧离子电导。
在没有外电场时，这些化合物中的缺陷作无规则的布朗运动，不会产生宏观的电流，但是当有外电场存在时，外电场会对该类化合物所带电荷发生作用，使其布朗运动偏向一边，从而导致宏观电流的产生[8]。
ABO3型钙钛矿结构阴极材料通常既是电子导体又是氧离子导体，对氧分子的离解和电荷迁移有很好的催化作用。
在阴极材料表面,氧分子扩散到多孔电极上的活性反应区，接受电子，被还原为氧离子，其电极反应为：在高温下氧离子具有较强的移动能力，进入电解质的氧空位；随着温度的升高，氧分子在多孔电极中扩散加快，电极材料对氧分子分解的催化作用增强，有利于燃料电池电动势的提高。
2 发展现状通过不同元素的取代可以得到多种钙钛矿结构阴极材料，其电性能有较大的差异。
目前的大多数研究主要是:(1)A位、B位或A、B位同时掺杂元素的选择、新制备工艺的尝试以及材料性能等方面的研究;(2)对不同元素在ABO3钙钛矿结构中的取代作用、固相反应机理和导电机理进行深入的研究探讨；(3)双钙钛矿系列阴极材料的性能研究。
2.1 A1－x Sr x CoO3阴极材料La1－x Sr x CoO3(LSC)阴极材料在很宽的温度范围和氧分压下，热力学稳定，同时又具有离子电导率和足够高的电子电导率，很有希望成为中温SOFC阴极材料。
LSC与Ce0.8Sm0.2O4(SDC)及Ce0.9Gd0.1O2(GDC)电解质有很好的化学相容性，适合中温SOFC的阴极材料，并且具有很高的活性。
但LSC比La1－x Sr xMnO3(LSM)易与YSZ电解质反应，生成绝缘相La2Zr2O7和SrZrO3[9]，采取在LSC与YSZ加一层致密SDC可阻止LSC与YSZ的界面反应，测试表明在800℃显示了非常好的阴极性能[10-11]。
而当把La换成离子半径较小的镧系元素(Sm，Dy)时，在800℃以下与YSZ几乎不发生反应。
低Sr含量的Sm1－x Sr x CoO3不与YSZ发生反应，随着Sr含量的增大，在900℃以上会与YSZ反应生成SrZrO3。
各种组成的Sm1－x Sr x CoO3的电导率均大于 100 S/cm，峰值达到1 820 S/cm。
钴酸盐阴极材料的最大缺点是它的热膨胀系数(TEC)远大于中温电解质材料的热膨胀系数[12]。
2.2 A1－x Sr x Co1－y Fe y O3－δ 阴极材料为了解决钴酸盐阴极材料的热膨胀系数远大于中温电解质材料的这一问题，人们研究用Fe等过渡金属掺杂取代部分的Co，降低TEC。
在这类材料中，低价Sr部分取代La后，为保持电中性，氧空位的形成和B位离子从低价向高价的变化，使这类材料具有良好的离子和电子导电性。
目前的研究还发展到了 Ln1－x Sr x Fe1－y Co y O3－δ(Ln=La，Pr，Nd，Sm 和 Gd)体系，Ln1－x Sr x-Co1－y Fe y O3－δ(Ln=Pr，Nd，Gd；x=0.2，0.3)阴极有很好的电子电导率，除了La=Gd(y≥0.8)外所有样品在800℃均有200 S/cm以上的电子电导率，即便在较低的温度下，它们也具有良好的氧还原反应的催化活性，电化学性能明显高于LSM[13-15]。
为了有效地降低界面阻抗，提高离子电子电导率，可以向阴极材料中适当加入电解质相。
Leng等[16]的研究印证了上述的观点，在La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3－γ中加入40%GDC，复合材料具有最低的界面阻抗和最高的氧还原催化活性，表明这种复合阴极材料可用作以GDC为电解质的低温SOFC阴极材料。
Shao 等[17-18]把 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3－δ(BSCF)应用在中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)上作为阴极材料。
研究结果表明，低于600℃时，在Ce基电解质上BSCF的性能比传统的阴极材料要好。
在以SDC为电解质的体系中500℃时，界面阻抗0.135 Ω·cm2；600℃时仅为0.021 Ω·cm2。
在以 H2为燃料时，燃料电池的功率密度在600℃和500℃时分别为1 010 mW/cm2和402mW/cm2。
同时，BSCF对丙烷也有很好的催化活性，在575℃时最大功率密度为391mW/cm2。
但是BSCF还存在一些问题：首先它与其他的Co基材料类似，有很高的热膨胀系数，50～900℃间的平均TEC约为19.7×10-6 K-1，而SDC电解质的TEC为12.8×10-6 K-1，热膨胀性的不匹配使它很难附着在电解质上。
其次，BSCF的电子电导率比常用的其它阴极材料低将近一个数量级，这不仅限制了阴极中电子的输运，还影响了它的电化学性能[19-20]。
2.3 SrSc x Co1-x O3-δ阴极材料基于SrCoO3组成的钙钛矿型氧化物也是一类重要的阴极材料，目前关于该系列材料的研究主要集中在其相稳定性方面。
SrCoO3-δ化合物无论是在氧化气氛下还是在还原气氛下煅烧都具有典型的2-H六角型钙钛矿结构，由于2-H结构导致很低的电导率，因此影响了SrCoO3作为SOFC阴极材料的应用。
Shao等 [21]用溶胶凝胶法制得了SrSc x Co1-x O3-δ(x=0.0～0.2)系列材料，当Sc的掺杂量大于或等于0.05mol，烧结温度为850℃时，该化合物形成了纯立方钙钛矿相，同时，当Sc的掺杂量为0.05mol时，其电导率达到最大值301 S/cm，完全满足了SOFC对阴极材料的要求(≥100 S/cm)。
研究表明Sc的掺入还有助于降低SrCoO3的热膨胀系数，为了在相稳定性、电导率和热膨胀系数之间达到平衡，Shao等 [22]选取SrSc0.2Co0.8O3-δ(SSC)这个比例作为SOFC阴极材料，对其相、热膨胀系数、阻抗和电池进行了系统的研究。
SSC在室温和1 000℃之间的平均热膨胀系数为16.9×10-6 K-1，减小了与SDC电解质的热膨胀系数之间的差距。
在以SDC为电解质的体系中，650℃时，界面阻抗0.044Ω·cm2，比同等温度下的BSCF的界面阻抗略高；而550℃时，仅为0.206Ω·cm2，比BSCF降低了52%，在以H2为燃料时，燃料电池的功率密度在500℃时为564mW/cm2。
此类材料具有界面阻抗低、功率密度高等优点，但其长期稳定性还有待考察。
2.4 双钙钛矿阴极材料双钙钛矿是针对钙钛矿ABO3型结构提出的，可表示为A A'B2O6,其中A为稀土元素(La、Pr、Sm等)；A'为碱性金属(Ba、Sr等)；B 为二价或三价 (通常为 Co)的过渡金属[23-29]。
该类材料通常是作为磁性材料研究的，近几年才发现其电化学特征。
它们一般都是良好的混合导体。
双钙钛矿PrBaCo2O5+δ[30-31]和GdBaCo2O5+δ[32]，有很好的氧输运动力学性能，PrBaCo2O5+δ的氧的体扩散系数和表面交换系数分别达到～10-5 cm/s 和～10-3 cm/s。
而GdBaCo2O5+δ的氧体扩散系数和表面交换系数在350℃时则分别达到了3×10-7 cm/s和2×10-6 cm/s。