固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

摘要

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态、绿色、经济、无污染、燃料选择性强的发电装置,在效能转化和环境友好能源应用方面拥有巨大的开发前景。研究表明,高温SOFC(800~1000℃)具有慢启动、高成本、高温存在组件之间扩散及老化、性能衰减速率快、密封和连接困难等一系列问题,相比之下中低温SOFC(600~800℃)稳定性好、成本低、启动快速、封接材料选择宽泛。因此,对中低温SOFC技术的开发与研究十分必要。SOFC的阴极的作用是传递电子、扩散氧、催化氧的还原反应及为氧的还原反应提供场所。然而,阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学、不稳定性和极化损耗成为制约SOFC技术发展的主要挑战。阴极材料与电解质材料的热膨胀系数不匹配以及Cr中毒和CO_(2),SO_(2)中毒等问题也对SOFC中低温化进程产生较大影响。介绍了氧离子传导、氧还原机制等内容,从组成和微观结构的角度出发,综述了近年来钙钛矿、双钙钛矿、类钙钛矿、尖晶石和其他结构类型SOFC阴极材料以及复合阴极材料的研究进展,并展望了未来固体氧化物燃料电池阴极材料进行性能优化和新型阴极材料开发的方向和策略。