过渡金属Fe、Mn掺杂CeO_(2)浸渍改性高温固体氧化物电池Ni-YSZ电极的电化学性能研究

摘要

采用流延—丝网印刷法制备燃料电极为Ni-YSZ的固体氧化物电池(Solid Oxide Cells,SOCs),使用过渡金属Fe、Mn掺杂CeO_(2)制备Ce_(0.9)Fe_(0.1)O_(2-δ)(CFO)、Ce_(0.9)Mn_(0.1)O_(2-δ)(CMO)、Ce_(0.6)Fe_(0.1)Mn_(0.3)O_(2-δ)(CFM)等高催化活性材料,再用其浸渍改性Ni-YSZ电极。以电化学测试为基础,结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪等分析表征方法,研究电极经过浸渍改性后的微观结构形貌、性能和稳定性。研究发现,未浸渍及经CFO、CMO、CFM浸渍改性的Ni-YSZ电极在850℃下H_(2)(3 vol.%H_(2)O)气氛中放电的最高功率密度分别为526 mW·cm^(-2)、724 mW·cm^(-2)、706 mW·cm^(-2)、829 mW·cm^(-2),在850℃、1.8 V下V_(CO_(2)):V_(CO)=50:50气氛中电解电流密度分别为0.55 A·cm^(-2)、1.39 A·cm^(-2)、1.43 A·cm^(-2)、1.63 A·cm^(-2),经浸渍改性的性能均有明显提升,其中,经CFM浸渍改性的效果最好。针对CFM浸渍改性的Ni-YSZ电极进行了CO_(2)电解稳定性测试和EDS元素含量分析,稳定性测试100 h衰减率仅为3.7%,并且测试前后C原子含量几乎无变化,表明经CFM浸渍改性的Ni-YSZ电极能够抑制积碳的产生,具有较好的稳定性。总体而言,CFO、CMO、CFM浸渍改性能够延长Ni-YSZ电极的三相界面(TPB)长度、优化电极的微观结构、提高电极催化活性和稳定性,是一种极有前景的Ni-YSZ电极改性方法。