固体氧化物燃料电池(3)

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钙钛矿型结构的氧化物（ABO3）具有稳定的晶体结构，而且对A位和B位离子半径变化有较强的容忍性，并可通过低价金属离子掺杂在结构中引入大量的氧空位，而且在较大的氧分压范围(1.013×10-12～1.013×10-8Pa)内具有良好的离子导电性，电子导电性可以忽略不计。LaGaO3基材料多采用A、B位双重掺杂，A位掺杂钙、锶、钡等，B位掺杂镁、铝、铟、钪、镥等。材料中La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2。03具有最高的氧离子电导率。

阴极材料

阴极材料是SOFC的重要组件，它必须具有强还原能力以确保氧离子迁移数目，较高的电子电导率及离子电导率，良好的热化学稳定性及与电解质材料的化学相容性等。当前使用的最为广泛的阴极材料是La1-XSrxMnO3(LSM)，但随着工作温度的降低，阴极极化电阻大幅度增加，电导率大大降低，虽可采用LSM-YSZ双层复合电极，改善电极显微结构等方法来提高阴极材料的性能，但还是难以满足在中低温下使用的要求。因此，研制高性能的新型阴极材料是发展中低温SOFC的重要前提和基础。

固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池阳极主要完成三个功能：一是燃料的电化学催化氧化；二是把燃料氧化释放出的电子转移到外电路去；三是导入和排出气体。固体氧化物燃料电池的主要反应发生在阳极和阳极与电解质界面处，所以阳极性能的好坏直接决定电池的性能，作为SOFC的阳极材料，必须满足一系列的要求：

(1) 有足够的电子电导率，同时具有一定的离子电导率，以扩大电极反应面积；

(2) 在还原性气氛中可长时间工作，保持尺寸及微结构稳定，无破坏性相变；

(3) 与电解质热膨胀匹配，不发生化学反应；

(4) 具有多孔结构，从而保证反应气体的输运，

(5) 对阳极的电化学反应有良好的催化活性。

为了满足以上这些要求，目前普遍采用多孔的金属陶瓷作为SOFC的阳极材料。由于阳极处于还原性气氛中，可以用金属作为阳极材料，如Ni、Co、Ag、Au等。为了防止阳极材料在使用过程中的烧结和解决热膨胀系数不匹配问题，加入陶瓷相而制作了金属陶瓷。

阳极极主要由两种材料组成：一是金属；二是对大部分电池来说是和电解质相同的材料。

①以Ni等具有较高催化活性的金属为组分的阳极

这种阳极其中的金属常采用对H2等燃料气体具有较高催化活性的过渡金属，如铁、钴、镍等。而阳极中的陶瓷组分一般都采用与电解质材料相同的成分，以匹配阳极与电解质层的热膨胀系数。在YSZ电解质的SOFC中，普遍采用Ni/YSZ作为阳极材料，其中的Ni除了提供阳极电电子导电能力以外，还对H2等燃料气体具有良好的催化活性。阳极中的YSZ，一方面可以使其与电解质层具有相近的热膨胀系数，增加阳极在电解质上的附着性，另一方面可以防止Ni颗粒的过分烧结而导致其活性降低；此外，YSZ还可以在阳极中提供离子电导组分，增大气相/电解质/金属相三相界面(TPB)，即电极的反应面积。

② 以Cu等有较低催化活性或无催化作用的金属为组分的阳极

由于直接采用碳-氢化合物及液体燃料作为SOFC的燃料，在阳极内部实现内重整或直接进行电化学氧化，可以省去复杂的外重整设备，有效地降低整个SOFC的成本，因而在实际应用中，特别是在移动电源方面具有重要的意义。但是，当

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