固体氧化物燃料电池Pd-YSZ复合阴极的制备与表征

摘要

中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFCs）改善了传统SOFCs出现的成本高、制备困难、性能稳定性差等一系列问题，然而随着工作温度的降低，阴极材料所产生的极化损耗增大，限制了IT-SOFCs性能及其技术发展。本文针对目前IT-SOFCs电极电阻较大，难以满足工作需要的基础上，提出了Pd-YSZ金属陶瓷复合阴极的研究。
　　 本文采用丝网印刷制阴极膜和溶液注入贵金属粒子的方法制备出了纳米Pd-YSZ金属陶瓷复合阴极。用扫描电镜（SEM）研究了该阴极的表面和界面微观结构，结果显示复合电极具有三种相互交叉且相互连接的金属相网络、电解质相网络和气相微孔网络，三种网络形成足够长且连续的三相界面，从而有利于电极反应中的电子电荷、氧离子和氧气传质的流通和相互转换。以往纯贵金属电极的反应活性中心即三相界面只存在于贵金属与电解质接触的界面上，而Pd-YSZ金属陶瓷复合阴极将催化电化学反应的活性反应区扩展到整个电极的三维区域，同时也改进了电极与电解质的结合状态，并且YSZ颗粒能够有效地防止Pd活性颗粒的长大。
　　 采用交流阻抗法对复合阴极进行电化学性能的表征，结果显示，由于三相界面的拓展和Pd良好的还原催化性，Pd-YSZ复合阴极电化学性能良好，电极电阻较低。Pd注入8次、超声波振动法注入、焙烧温度750℃条件下制备的阴极在工作温度750℃时Re仅为0.201 cm2，800℃为0.112 cm2，电导活化能138.94 kJ/mol，显著小于传统阴极LSM和 LSCF的活化能160-230 kJ/mol。