毕业论文课题相关文献综述

文献综述

混合导体氧化物作为离子-电子混合导体，有着优秀的导电性和广阔的应用领域，其中比较受人关注是作为固体氧化物燃料电池阴极材料和氧探测器。

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换率高、比能量高、效率高、低排放、燃料可以连续供给等一系列优点，因而受到人们的普遍关注。它通常采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质，锶掺杂的锰酸镧为阴极，Ni-YSZ金属陶瓷为阳极，它除了可以利用H2燃料以外，还可以利用天然气、CO等其它燃料，因此非常有希望开发成大规模的SOFC发电装置来代替现在使用的火力发电[1]。低温化可加快SOFC商品化的步伐，而其关键在于开发高性能的阴极材料[2]。

1.常用的SOFC阴极材料类型

（1）Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）钙钛矿系列阴极

具有钙钛矿结构的电子离子混合导体(MIEC)因其在高温时氧渗透率、电导率都较高而备受关注，可以应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极、氧传感器、氧分离膜等许多领域[3]。对于ABO3钙钛矿型氧离子导体氧化物，氧空穴通常为其氧离子传输的载体，因而氧离子电导率与氧空穴浓度密切相关。氧空穴的产生通常通过对

钙钛矿A位进行低价金属离子的掺杂得以实现。2004年Shao和Haile首次报道了以具有高氧离子电导率的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)混合导体氧化物为阴极[4]。以氢气为燃料及空气为阴极气氛，以BSCF作为阴极和SDC为电解质的阳极支撑型燃料电池在600℃下获得了高于1000mWcm-2的峰值功率密度。随后，BSCF受到了国际上的广泛关注，已成为目前最为热门的中低温固体氧化物燃料电池的阴极材料[5]。

（2）LnBaCo2O5 δ双钙钛矿型阴极

双钙钛矿结构的阴极材料(AA′B2O5 δ，其中A为稀土金属，A′通常为钡，B为过渡金属)，顾名思义，其最小结构单元为普通钙钛矿最小结构单元两倍的一类A位元素有序化的材料，其中被人们最为关注的是分子式为LnBaCo2O5 δ的复合氧化物，其中Ln为Pr，La，Gd，Sm，Nd和Y等。在该化合物稀土离子和钡离子以有序化的形式占据着A位的晶格位置，并按［CoO2］-［BaO］-［CoO2］-［LnOδ］顺序排列，而氧空位被局限在稀土层中[2]。这种特殊的离子排列方式有效地降低了氧和稀土元素的结合能力，进而提高了氧的体相扩散能力[6]，非常适合作为SOFC阴极材料。Kharton等在研究中发现La2Ni1-xMxO4 δ(M=Co,Cu,x=0.2～1)系列氧化物中,以LSGM为电解质,La2NiO4 δ的阴极过电位为32～45mV,电流密度达到100～150mAcm-2,而在过电位范围大致相当的条件下,La2Ni0.8Cu0.2O4 δ电流密度增加了50mAcm-2,达到了200mAcm-2。600℃时,La2Ni0.5Co0.5O4 δ与LSGM之间的界面电阻为1Ωcm2,比纯的La2NiO4 δ阴极材料的界面电阻(8Ωcm2左右)低[7-9]。

（3）非钴基阴极