中温固体氧化物燃料电池La_(1-x)Ba_(x)FeO_(3-δ)阴极材料的制备及性能表征

摘要

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料La_(1-x)Ba_(x)FeO_(3-δ)(LBF)(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)。通过X射线衍射(XRD)、直流四端引线法和热膨胀仪分别对LBF的晶体结构、电导率和热膨胀系数进行了研究,分析了Ba掺杂量对材料性能的影响。同时制备了电解质Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)(GDC),构建对称电池LBF/GDC/LBF并进行了电化学性能测试,用扫描电子显微镜观察(SEM)对称电池的断面微结构,交流阻抗谱测试极化阻抗。结果表明,合成的阴极材料LBF均为钙钛矿结构,A位Ba掺杂提高了材料的电导率,同时增大了材料的热膨胀系数,改善了阴极材料与电解质GDC的热膨胀匹配性。SEM结果显示对称电池具有理想的微观结构,阴极与电解质之间的界面展现出良好的烧结结合;电化学交流阻抗分析结果表明,A位Ba掺杂可以降低阴极的极化电阻,当Ba^(2+)掺杂量为x=0.4时,LBF-0.4具有最小的极化电阻,在800℃空气气氛下极化电阻为0.127Ω·cm^(2),电荷转移阻抗是电池极化阻抗的主要来源。实验结果表明LBF材料是一种电化学性能较为优良的中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料。