中低温固体氧化物燃料电池阴极材料资料
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。
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。
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。
固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展摘要: 固体氧化物燃料电池具有高温运行直接分解燃料气体,化学和热稳定性好, 不存在电解质失效及使用液体电解质带来的密封等问题,综合效率高,热利用率可达80%以上特点成为近年来燃料电池方面的重点研究方向。
固体氧化物燃料电池的阴极材料要求具有较高的电子电导率和离子电导率,高的催化活性以及良好的相容性。
就目前的研究所发现的阴极材料主要有金属、金属陶瓷复合阴极材料和钙钛矿结构的氧化物材料等。
正文:燃料电池可以把燃料的化学能直接转化为电能。
阴极的电子电导率越高,电子传输过程中的电阻损失就越低,足够的氧离子电导率则会提高表面反应和离子扩散能力,阴极材料起着催化剂的作用,它要将氧分子的共价键打开,因此必须具有足够高的氧还原催化活性,这与阴极材料的化学组成和阴极微结构有关。
良好的相容性可以使得阴极在室温和电池操作及制备的温度范围内,与相邻组件(电解质、连接体等)之间应无化学反应、无明显的互扩散,并且有相近的热膨胀系数。
目前所发现符合上述几点要求的阴极材料主要有金属、金属陶瓷复合阴极材料和钙钛矿结构的氧化物材料等。
1.金属、金属陶瓷复合材料金属Pt是早期研究中使用的一种阴极材料,除Pt外,适合作阴极材料的贵金属还有Pd、Rh等。
因为其价格关系,这些金属适合在实验室中使用,抗腐蚀,槽压稳定。
K·Sasaki等采用真空高能球磨法制备了陶瓷基材料金属Sc0.10Ce0.01Zr0.89O2 (SSZ) ,其中Pt、Pd、Rh和Ag及其合金被用作电子导电相。
该材料与电解质Y2O3掺杂的ZrO2。
(YSZ)配合使用,显示了较好的阴极活性。
Pt—SSZ阴极材料在700 ℃下、Pt 含量为40 mg/ cm2时的界面电导率可达617S/ cm2。
用一定质量比的Pt—Ag 合金取代Pt 所得的复合材料,性能有所提高,在700 ℃下的界面电导率为12 S/ cm2。
合金(Pt—Ag、Pd—Ag) / SSZ材料的阴极反应活化能比Pt/ SSZ材料的小。
固体氧化物燃料电池常用电极材料

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电极在SOFC 中扮演着至关重要的角色,它们负责电子和离子的传输以及化学反应的催化。
常用的SOFC电极材料通常是电导性能良好的材料,例如阳极常用的材料有NiYSZ(镍氧化钇稳定的氧化锆)、La0.8Sr0.2MnO3(钙钛矿结构的镧锰氧化物)等,而阴极常用的材料包括La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(镧钴铁酸盐)和(La,Sr)(Co,Fe)O3等。
中低温固体氧化物燃料电池陶瓷阴极材料

摘要
综述 了中低 温 田体氧化 物燃 料 电
(OF 陶瓷 阴极材料 的研究和发展动态 , S C) 以厦 当前应 用中卉在 的主
喜 问 题 些 陶 瓷材 料 包括 A RuO 陶 瓷 、 有 钙铁 矿 结构 的 L S o F L C 型 陶 茕 以 厦 Ag Y 这 2 具 a rC eO ( S F) — DB Y 0 ̄ (2 d p dB 2 ) 合 陶 瓷。 oe i 0 复
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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

固体氧化物燃料电池阴极材料1. 简介好啦,今天我们聊聊固体氧化物燃料电池(SOFC)里的一个小明星——阴极材料。
你可能会问,阴极材料是什么?简单来说,它就像是燃料电池里的一个小帮手,负责把氧气“变魔术”,帮我们生成电能。
听起来是不是有点酷?这就像是厨房里的一把好刀,切啥都顺手。
现在,随着对可再生能源需求的不断增加,阴极材料的重要性可想而知。
1.1 阴极的作用咱们先来捋捋阴极的作用。
它的主要工作是和氧气发生反应,形成氧离子,这些小家伙就像是奔跑的小马,飞快地通过电解质,最后在阳极和燃料反应,产生电流。
这过程听上去是不是很高大上?其实,它就像是在电池里举行的一场派对,阴极是负责调动气氛的DJ,确保每个人都能跟上节奏。
如果没有它,派对就会变得冷冷清清,没什么好玩的。
1.2 材料的选择说到材料,阴极材料可不是随便选的。
一般来说,常见的有钴酸锂、镍酸锂等。
为什么不随便找个材料就好呢?因为不同的材料就像不同的咖啡豆,各有各的风味,有的适合高温,有的则更适合低温。
如果选择不当,燃料电池的性能就会大打折扣,简直就是在浪费资源。
我们可是要保护好这地球啊,不然就得面临“吃土”的局面,心疼得我。
2. 材料的性能接下来,咱们来聊聊这些材料的性能。
首先是导电性,阴极材料要能快速传导电流,就像是一个快速的快递员,送货上门不说,还得保证安全可靠。
其次是稳定性,得能在高温高压的环境下坚持下去,不然就会像夏天的冰淇淋,没多久就融化了。
还有就是反应速率,这个就像是材料的“反应能力”,反应越快,电池产生的电流就越稳定。
2.1 目前的研究方向现在的研究方向可多着呢!科学家们可没闲着,正在探索更多新型的阴极材料,像是一些复合材料和纳米材料。
这些新材料不仅能提高电池的效率,还能降低成本,真是一举多得!想想看,能省钱还环保,简直就是“老天爷给我送红包”呀。
2.2 实际应用说到实际应用,这玩意儿已经在很多地方开花结果了。
从电动车到家庭能源系统,甚至是大型电力公司,都在用它。
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
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
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不 存在 电解 质 损耗 和 电极腐 蚀
及 配 套材 料 选 择与制 备 的 困难 有利于 降低 成 本 促进 固 体氧
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2008
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期 期
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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阴极材料

固体氧化物燃料电池阴极材料大家好,今天咱们聊点轻松的,那就是咱们日常生活中离不开的——固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料的那些事儿。
你知道么?这玩意儿就像是电池里的“心脏”,负责把燃料和氧化剂给“喂”进去,然后让电“流”出来。
这个“心脏”到底是个啥样的呢?别急,跟着我一起走进这个神奇的世界吧!咱们得说说SOFC的工作原理。
想象一下,你手里拿着一个装满了氢气的小瓶子,旁边还有一个氧气瓶。
你把瓶子里的氢气和氧气混合在一起,然后点燃它们。
这时候,氢气和氧气就像两个小伙伴一样,一起“嗨”起来了。
经过一系列的化学反应,它们变成了水蒸气,同时释放出能量。
这个过程就像是在玩一场化学版的“火箭发射”。
说到这个“心脏”——阴极材料,它可是扮演着超级重要的角色哦!比如说,我们常见的铁碳合金就是很好的阴极材料之一。
你知道吗?这种材料就像是一个超级英雄,它不仅能够承受住高温高压的环境,还能保证燃料和氧化剂顺利通过。
它还特别擅长“吸”热,把多余的热量都吸收掉,不让它们跑到别的地方去。
除了铁碳合金,还有一些其他超级厉害的阴极材料。
比如,钙钛矿结构的材料,它就像是个小精灵,能够巧妙地把燃料和氧化剂“锁”在一块儿,不让它们跑掉。
它还特别擅长“放电”,让电“流”顺畅地流出来。
不过,虽然这些阴极材料都很能干,但在实际应用中还是有些小问题需要解决。
比如说,它们有时候会“罢工”,或者“发烧”,导致整个系统运行不顺畅。
这就需要我们不断探索、尝试,找到更好的解决方案,让这个“心脏”更加强大、稳定。
固体氧化物燃料电池阴极材料就像是这个系统中的超级英雄,默默地守护着整个系统的正常运行。
它们不仅承担着输送电能的重要任务,还确保了整个系统的安全、高效运转。
所以,大家可要珍惜这些默默付出的小伙伴,好好保护好我们的“心脏”哦!好了,今天的分享就到这里啦!希望我的小故事能给大家带来一些启发和乐趣。
如果你对SOFC还有什么疑问或者想法,欢迎随时来找我交流探讨哦!。
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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。
将燃料中的化学能直接转化为电能,具有能量转化效率高和污染物排放少等突出优点。
燃料电池有多种类型,目前最为关注的是以聚合物导体膜为电解质的低温质子交换膜燃料电池(PEMFCs)和以快离子导体氧化物为电解质的高温固体氧化物燃料电池(SOFCs)。
除了具有高效和环境友好的特点外,SOFCs还具有其他燃料电池所没有的突出优点:(1)没有其他燃料电池(如熔融碳酸盐燃料电池等)的电解液腐蚀和泄漏等问题;(2)由于在高温下操作,电池排出的高质量余热可以充分回收利用,综合能效可达70%以上;(3)燃料适用范围广,除氢气外,一氧化碳、氨气、碳氢化合物,甚至固态碳都可以作为燃料,这一特点也正好符合我国发展新型替代能源的战略需要;(4)SOFCs的大部分材料组成都含有稀土元素,开发SOFCs可以促使我国丰富的稀土资源朝着具有高附加值的方向健康发展。
[1]SOFCs也有许多缺点,不稳定,价格高,性能差是制约其商品化的主要障碍。
传统的SOFCs采用钇稳定的氧化锆(yttria—stabilizedzirconia,YSZ)为电解质,具有纯电子导电能力的La0.8St0.2MnO3-x(LSM)为阴极、Ni—YSZ金属陶瓷为阳极及La0.8Ca0.2CrO3-x氧化物为连接体,操作温度通常在1000℃左右[2]。
如此高的操作温度引入了系列的问题,如材料价格昂贵,电池组件之问的相反应加速进而影响电池的寿命,对电池附属设备的要求异常苛刻等。
近年来人们普遍认为,降低操作温度是SOFCs能在实际中得以应用的关键。
低温操作可以显著降低电池组件间的相反应及电极的烧结速率,进而有效地提高电池的寿命。
当电池温度降至800~C以下时有望采用不锈钢金属连接体,从而大大降低电池的材料成本。
SOFCs的主要研究方向之一就是实现其低温化。
随着温度的降低,电解质的欧姆电阻与电极的极化电阻急剧增大。
电解质欧姆电阻与电导率成反比而与膜厚度成正比,通常采用减小电解质膜的厚度来实现SOFCs在低温下具有较低的欧姆电阻,以实现高的功率输出。
将电解质的厚度降低到5~10m,YSZ,钪稳定的氧化锆(scandiastabilizedzirconia,ScSZ)和钐掺杂的氧化铈(samarium—dopedceria,SDC)电解质的最高操作温度可降至650,600和500摄氏度仍能保证电解质的欧姆电阻在可允许的范围之内。
[3]特别是采用质子导电型的新型电解质材料如BaCe0.8Y0.2O3-x,当膜的厚度达到5—10m时,电池的操作温度有望降到400~C左右。
目前薄膜电解质的规模化制备已取得了可喜的进展,通过控制原始粉体的形貌和颗粒尺寸,采用流延、丝网印刷和喷涂法可以成功制备出廉价大面积阳极支撑型薄膜电解质u。
[4]传统的SOFCs阴极材料为LSM,由于其与YSZ具有优异的相容性,高结构化学稳定性和高电子电导率等突出优点,其仍然是目前最为常用的高温阴极材料。
LSM的一个显著特点是在没有极化电流的情况下为纯电子导体,因而氧在以LSM为阴极的电池上的电化学还原严格局限在电极-电解质一空气三相界面上。
这种意义上的三相界面对于经高温烧结后的LSM来说通常很小,同时由于氧的电化学还原反应通常表现出高活化能,LSM电极对氧的活化催化能力随着温度的降低急剧下降,因而人们普遍认为在800℃以下LSM就不能使用,如何提高阴极的低温性能成为目前SOFCs中低温化的关键所在。
采用混合氧离子电子导体氧化物作为阴极材料。
可成功地将电极反应区域从传统的三相界面扩展到整个电极的表面,进而大大提高了电极在低温下对氧的活化性能,因而近年来开发新型的混合导电型阴极材料成为固体氧化物燃料电池低温化最为热门的研究领域。
混合导体氧化物多为含钴氧化物,其突出特点是对氧电化学反应还原具有较好的催化活性,但是此类含钴氧化物通常都具有高的热膨胀系数及较低的结构化学稳定性,发展非钴基混合导体氧化物也是目前阴极材料的一个重要研究方向。
氧的活化涉及表面交换及离子扩散等过程,在许多情况下氧的表面交换过程往往是阴极过程的速控步骤,某些贵金属如Pd、Pt和Ag对氧具有非常好的活化能力,采用贵金属修饰的阴极也是目前阴极中低温化的一个发展方向。
溶液浸渍法是一种有效制备纳米结构电极的方法,可降低电极制备温度,缓解电极与电解质膨胀系数的不匹配问题并提高电极的有效面积,近年来受到了人们的广泛关注。
【2】Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-x系列阴极对于ABO钙钛矿型氧离子导体氧化物,氧空穴通常为其氧离子传输的载体,因而氧离子电导率与氧空穴浓度密切相关。
氧空穴的产生通常通过对钙钛矿A 位进行低价金属离子的掺杂得以实现。
2000年,shao等首次报道了BSCF作为无机致密膜材料用于高温下从空气中选择分离氧,由于其A位完全被低价金属离子Ba2+,Sr2+取代,材料表现出异常高的氧空穴浓度,进而BSFC膜在高温下表现出优异的透氧能力,同时A位Ba2+离子的部分掺杂也有效地提高了材料的热化学稳定性,其已成为了目前最为热门的混合导体透氧膜材料之一[5]2004年,shao和haile进一步将BSCF用作中低温SOFC阴极材料,以氢气为燃料及空气为阴极气氛,以BSCF作为阴极和SDC为电解质的阳极支撑型燃料电池在600摄氏度下获得了高于1000mW*cm-2的峰值功率密度。
随后,BSCF受到了国际上的广泛关注,已成为目前最为热门的中低温固体氧化物燃料电池的阴极材料[6]。
然而进一步研究表明,BSCF也具有一些突出的缺点:(1)与其他含钴阴极材料类似,具有高的热膨胀系数(TEC),在30—1000度下的平均热膨胀系数高达(20—24)×10-6K-1,远高于SDC(~11.0×10-6K-6)和YSZ(~10.5×10-6K-1);(2)具有较低的电子电导率,在电池的操作温度范围内,空气氛下的电导率通常小于50S·cm-1,在低氧分压下甚至小于10S·cm-1,低电导率在实际使用中容易导入大的接触电阻;(3)对CO2中毒效应明显,在低温下空气中少量的CO2也可能造成BSCF阴极材料性能的明显衰减,而环境气氛中CO2往往是不可避免的,特别是以碳氢化合物为燃料时,当电池的密封不是很理想时,阴极气氛中可能含有较高浓度的CO2;(4)与部分电解质材料相反应严重,研究发现BSCF与YSZ、ScSZ及部分质子导体在高温下均可能产生相反应。
针对以上问题,人们对BSCF进行了相应的改性研究。
Li等试图通过对BSCF 钙钛矿的A、B位离子进行掺杂以提高BSCF的性能,如电子电导率和结构化学稳定性等。
在纯电子导体LSM阴极材料中引入YSZ离子导电相形成复合电极如LSM+YSZ进而提高电极的三相界面反应区面积,是提高LSM阴极材料低温性能的一种常用的方法。
然而由于BSCF本身具有很高的氧离子电导率,与纯BSCF 电极相比,BSCF+SDC复合阴极对氧的电催化活性并没有得到显著的提高,但是SDC的热膨胀系数远小于BSCF,BSCF与SDC形成复合阴极可有效提高BSCF 阴极与SDC的相容性,同时提高了材料的抗CO2中毒能力,因而在单室固体氧化物燃料电池中仍显示出比BSCF更为优异的性能。
【3】LnBaCo2O5+x双钙钛矿型阴极双钙钛矿结构的阴极材料(AA.B2O5+x,其中A.为稀土金属,A通常为钡,B为过渡金属),顾名思义,其最小结构单元为普通钙钛矿最小结构单元两倍的一类A位元素有序化的材料,其中被人们最为关注的是分子式为LnBaCo2O5+x 的复合氧化物,其中Ln为Pr,La,Gd,Sm,Nd和Y等。