钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料(3)

时间：2025-03-12

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对燃料气较好的催化活性及超强抗积碳能力而越来越被广泛地应用于直接烃类SOFCs的阳极材料中。本文对钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料的最新研究进展

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化学表 1 B位较高含量掺杂的 LCO a r系列钙钛矿型氧化物90C对不同甲烷组分合成气的转化率 0￣下Ta e 1 Co v rin o ta e i te m Fo y e t9 0￣ bl n eso fmeh n n sr a O x g n a 0 C b ylnh n m ho t t st o e] a ta u c r mi wih B-ie d p d[ e’

进

展

第2 0卷

A为燃料时 90e下最高功率密度分别为 4 0和 r 0￣ 720m c 9 W m~。这是采用钙钛矿型阳极的单电池首

次能达到如此高的性能，虑到 Y Z电解质的厚考 S度，该材料可以和 N基阳极相媲美。关于 L C的 i SM

c t ls aa yt

cn es n( ) o vri% o

后续报道有很多， 2是采用 L C表 S M作为阳极，同不阴极和电解质材料制成单电池的最高功率密度的比较。表 2以 L c为阳极，同阴极和电解质的单电池的最高

sM不功率密度Ta e2 bl Th e k o r de st o ige c l u ig LS e p a p we n i y f sn l el sn CM a s s

a o e、 h v re ah de n lcr lts n d t aid c to s a d ee toye

料同时还要求其具有高的结构和化学稳定性。S i fr e等通过热动力学计算得出了部分第一行过渡元素 Mn N、o F、 u掺杂的 L C0钙钛矿型氧化物、 iC、e C ar3

在 8 0I下保持稳定的最低氧分压分别为 16X 5c=,1拍、 0一 3.

1 0、 . 0、 .6X 1和 1 8X 6X 1 19X 1 1 2 0 .

1~ a 0 t以上理论结果在 1 0— 130 m。 0 0 K范围内和 0

实验测试结果符合得很好。通过上述数据可以看出 N、o c ic和 u掺杂的钙钛矿型氧化物在还原条件下不够稳定，因此人们主要考察在 B位高含量掺杂 Mn和 F e的 L CO型钙钛矿阳极的电化学性能和催化 ar.

LC S M:

7so 5 r 5 I .O一；S M‘ 5 I. Co M l 5 3 a I C”:( 7 s0 5 0 C 0 M l5 2 o 5 r2 ). r5 I . 9 . o. . . .

O一； S M‘ 3 a L C”:( 7 s 2 ) 9 Cr 5 l5 3 a L M: 5 r 5 0, 0 MI O一； S 0 o G S:c .4 r 6C 0 a; s C a S 0 0一 L GM‘:..

8 r 2 n 3 0 M0; s.

9 r1 0 s..

8勖.O一； s M‘: M 2 3aLG

B r So 2Ga毫 M勖 o3

1 7

o28 I MC l￣ 5; o:): c.

9 r 1 a. M I o德 O 0 G o勖.5Co 5 3 s 8 l

活性。其中以 .S 25Cr 7r o 5o. .

Fo e.

0¨ 3对烃类燃料的

s F: S c c r

e 0一 U 8 F o2 3 a;.

C o6 8 e Oi. .

转化率最高，0 c在 0: a=1 1和 2 1甲烷的 90I= 2c,::时最高转化率分别达到了 6%和 9%,其极化电阻 8 6但也相对较高 (5 c在 5 H/ r H气氛下分别为 8 OI=% 2A和 217 .9和 1 1 c 2。并且由于含 F .5

Q 刀 ) n e的氧化物在还

在上述实验中，a T o等采用 L G o代替 S MC来传统的 L G作为电解质，现采用前者的电池性 SM发能并没有比后者好，可能是由于 c在电解质层和这 o阳极之间扩散造成的。由于 L C在氧化和还原气 SM氛下都具有良好的稳定性， u . oa s等和 R iM re z l Bs ds at a等分别研究了把 L C同时作为阴极材 i SM料，发现在较高的操作温度下 (5 c ) L C同时 9 OI以 S M=作为电池的阴极与阳极材料也得到了很好的结果。为了提高 L C的电子电导率， SM w肌等在其结构引入 C,现以 C为燃料 80I下燃料电池的功 u发 5c=

原气氛下的稳定性相对较差，以以该材料作为阳所极的单电池并没有表现出很好的电池性能。而 M n

在还原气氛下的稳定性好于 F, e当形成钙钛矿结构时，价的 M低 n特别是 M I以提高氧的迁移率， I 3可因此在还原气氛下可以产生混合导电性能。T o和 aI ie于 20 r n v 0 3年在 N￣r Mo il上发表了经固 ou ￣r s e a

相反应和甘氨酸燃烧两种方法制备的 B位高 Mn掺杂量的.

So25 C o l n r r￣ o I. .

O (s M)材料。在实 3 LC新

率密度仍然达到了 5 0m c 2 w m~,测试并没有积经碳现象产生。由于 L C的电导率并不是很高 (O c在 5 SM 9 OI=% H/r 2中为 15S c )并且有实验表明当燃料气 A . m,中含 1%H S时其结构不够稳定， 0 2因此后来的研究者在此基础上做了很多改进的工作。Z a等讨 h论了不同 c含量的 r.

际测试中其表现了很好的氧化 .原稳定性，还在9 0I、%H/%H O 9%A气氛下可以稳定 10 0 c 5 23= 2/2 r 2h

以上，同时在 1 0℃以下和常用的高温电解质 Y Z 0 3 S不发生化学反应。他们同时还研究了组成为 (So r.

). r Io O o Co ln. 3的 A位阳离子缺陷材料的电化。 .￣

学性能，以 SC . 3当 I￣。:一阴极， S ' 0为 Y Z为电解质

(为防止高阻抗的 Z O h相的形成，阳极和电解在质之间加一层 G C过渡层 )以润湿的 H D, 2和 5 2%H/

S 0 5C。 r 2 r M 3一 nO (.

=04 .、

0 5 0 6的性能，果表明材料的化学稳定性随着 .、.)结

c的含量增加而上升，电导率在空气和 H .% r但 21 0

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第 23期/

郑