中温固体氧化物燃料电池复合电极的浸渗制备及性能

bxj2009

固体氧化物燃料电池经过几十年的发展，低温化一直是努力的目标。操作温度的降低可以有效地降低电池制作成本，延长电池寿命，提高化学相容性，因此近年来中低温固体氧化物燃料电池的研究热点就集中在寻找中低温条件下仍能具有优异电化学性能的电极材料。采用流延热压法制备多孔电解质衬底，通过湿化学浸渗法低温沉积纳米电极颗粒于多孔衬底内壁以制得一体化电池，并考察其电化学性能和相应的电极反应动力学。 通过乙二胺四乙酸-柠檬酸法制备新型GdSrCoO4（GSCO）层状钙钛矿结构阴极材料，该粉体在500℃和700℃时的电导率分别为16 S?cm-1、65 S?cm-1。另外GSCO的热膨胀系数为16.2×10-6 K-1，相比Co基钙钛矿结构氧化物的热膨胀系数要小得多。程序温度还原测试表明新型GSCO阴极材料的分子式为GdSrCoO4.05。GSCO-LSGM复合阴极在600℃时极化阻抗为0.20 Ω?cm2，通过对复数阻抗谱的分析可以得出GSCO-LSGM复合阴极的催化还原反应的速率控制步骤是电荷转移过程。在以LSGM为电解质的单电池测试中，600℃和500℃的功率输出分别为1066 mW?cm-2、444 mW?cm-2，这表明GSCO是一种不错的中温阴极材料。 Gd1-xCaxCrO3氧化物在氧化和还原气氛下都能保持不错的稳定性，通过对Gd1-xCaxCrO3系列氧化物的XRD分析可以得出其形成纯钙钛矿相的条件是Ca掺杂量不能超过0.3。经过对该系列氧化物的电导率分析考察，发现Gd0.7Ca0.3CrO3（GCC）的电导率最高。空气气氛下， 800℃的电导率为26 S?cm-1；在氢气气氛下， 800℃的电导率分别为12.43 S?cm-1。另外GCC的热膨胀系数为10.4×10-6 K-1，相比Co基钙钛矿结构氧化物的热膨胀系数要小得多。GCC-LSGM复合阴极的极化阻抗在800℃为0.17 Ω?cm2，GCC-LSGM复合阳极的极化阻抗在800℃为0.25 Ω?cm2。GCC-LSGM对称单电池的测试中，800℃时的功率输出为404 mW?cm-2。