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:Solidoxidefuelcell(SOFCs)asahighlyefficientenergyconversiondevice,itssuccessfulapplicationwilleffectivelyenergyconservationandreducedtheemissionofenvironmentalpollutantsintheprocessofenergyuse,isofgreatsignificancetosustainabledevelopmentofhumansociety.LowtemperaturecanacceleratethepaceofcommercializationofSOFCs,andthekeyistodevelophigh-performancecathodematerials.ThispaperonrecentresearchprogressinintermediatetemperatureSOFCscathodematerialsweremorecomprehensivereview,includingBa0.5Co0.5Fe0.8O3-x,aseriesofmaterials,withoxygeniontransfercharacteristicsoftwodimensionalLnBaCo205+xdoubleperovskitetypematerialsandothercobaltbasedperovskitetypematerials,noncobaltbasedcathodesandnoblemetalmodifiedcathode,andpreparedbyimpregnationmethodnanoparticlesmodifiedcathode.Andthefuturedevelopmenttrendoftheadvantagesanddisadvantagesofvariousmaterialswerepointedout.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...
