固体氧化物燃料电池铈基电解质的研究进展

摘要

开发在中、低温下具有高电导率的电解质材料是未来发展低成本固体氧化物燃料电池(SOFC)的重要方向。掺杂氧化铈(DCO)在500~700℃时,具有良好的导电性能,其离子电导率远远高于同温度下氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电解质材料,因此其成为中温SOFC电解质材料应用与研究的重点。但DCO在还原气氛下Ce^4+部分还原为Ce^3+,会引起电子电导增加、制造成本提高、开路电压降低等问题。针对这些问题,大量研究通过稀土或碱金属掺杂、电解质复合进行了探索,发现掺杂和多相电解质复合有助于提高DCO的离子电导率和稳定性。在概述锆基固体电解质、Bi2O3基电解质、LaGaO3基氧化物、CeO2基氧化物等SOFC电解质的基础上,重点综述了单掺杂、双掺杂和多掺杂的氧化铈电解质,同时综述了掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质和两种电解质复合的电解质材料的研究进展。另外,介绍了流延、丝网印刷、浆料涂覆、电泳沉积、喷雾热解、溅射、大气等离子喷涂、激光脉冲沉积等制膜方法,在铈基电解质膜制备方面的应用。最后,对铈基电解质的发展前景和方向进行了展望。