非对称结构质子电解质微管中温燃料电池性能

摘要

采用相转化方法,以质子导体BaZr0.1 Ce0.7 Y0.1 Yb0.1 O3-δ(BZCYYb)材料为电解质,制备了阳极支撑微管中温固体氧化物燃料电池.电池结构为Ni-BZCYYb|BZCYYb|La0.75-Sr0.25-MnO3-δ-Sm0.2 Ce0.8 O2-δ,阳极、电解质和阴极的厚度分别为200、12和10μm.获得了"海绵状微孔电极|均匀多孔功能层"不对称孔结构.以加湿氢气(3％(体积分数),H2 O,0.03 L·min-1,99.99％)为燃料、空气为氧化剂进行电化学阻抗谱、电流-电压和功率密度测试,电池表现出优异的电化学性能,峰值功率密度在750、700、650和600°C分别达到1.01、0.89、0.75和0.58 W·cm-2.Ni-BZCYYb阳极和LSM-SDC阴极的浓度极化电阻在750～600°C仅为0.014～0.019Ω·cm2.分别在0.5和0.7 V恒定电压,600和750°C进行了120 h长期稳定性试验,BZCYYb电解质具有良好的稳定性.电池截面微结构显示,BZCYYb电解质致密、无裂纹,电极具有非对称海绵状微孔,非常有利于形成三相界面,进而加速质子输运及反应.