一、选题背景和意义：
固体氧化物燃料电池（SOFC）具有巨大的发展前景，它可以大幅降低工作温度，提高电池的耐用性，降低制造和材料成本，而提高SOFC性能的突破点是对于阴极材料的开发。其中镧锶钴铁（LSCF）基材料表现尤为出色，其特点是电子导电性能高，结构稳定性好。所以对LSCF材料的开发成为了提高SOFC性能的一大突破口。
阴极材料的电导率是材料性能的一大重要表征，电导率高，说明材料电化学性能好，提高阴极材料的电导率是开发LSCF材料的重要一步。
二、课题关键问题及难点：
目前已知的提高LSCF材料性能的方法有在LSCF中加入中间层（例如掺杂samaria的二氧化铈中间层），通过共沉淀法合成Sm ,Ca共掺杂的二氧化铈（SCDC）以获得由LSCF—SCDC半导体离子膜制成的无电解质层燃料电池（EFFC），改变半导体离子球粒的烧结温度，通过与碳酸钠组成将LSCF调谐为功能电解质等。这些方法都或多或少地提高了LSCF材料的电导率，本次课题希望将这些方法进行比较，以实验为基础，通过统一测量方法，得出每种优化方案能使LSCF达到峰值电导率的大致区间，并将各结果进行比较，评价每一种方案的各自优劣，最终比较分析最适合当下的提高LSCF性能的方案。
课题难点在于实验的进行，由于时间有限，可能只能大致确定每种方案的峰值电导率所在区间，实验时间较短，结果存在的偶然性较高，此外，对于电导率的测量也是一大难点，怎样统一测量标准将是实验过程中必须考虑的问题。
三、文献综述（或调研报告）：
Kazuki[1]等提出具有均匀厚度的致密中间层在增强可逆固体氧化物电池性能方面具有重要作用，研究了在YSZ固体电解质表面上制备的掺杂Samaria的二氧化铈（SDC）中间层对 LSCF-SDC复合氧电极性能的影响，实验准备了两种SDC中间层进行对比，分别为2-乙基己酸铈（表示为辛酸盐）和辛酸sa（o-中间层）的混合溶液，和sa硝酸盐的混合溶液（n-中间层），带有两种中间层的LSCF-SDC电极在900℃时表现出的性能没有太大差别，但是当温度降至800℃时，具有o-夹层的LSCF-SDC电极表现出比具有n-夹层的LSCF-SDC电极优异的性能，具体表现为YSZ电解质盘的整个表面被均匀厚度的致密o-中间层很好地覆盖，这意味着中间层能使氧化物离子均匀地往返于LSCF-SDC电极，扩大了有效反应区。此外，还将具有o-夹层的LSCF-SDC电极与在致密的SDC烧结电解质盘上制备的相同电极做了比较，发现两者I-E性能相当，证实了之前的结论。
其实Wang[2]等在更早的研究中提出与单掺杂Ca相比，Sm和Ca共掺杂可以提高离子电导率，实验通过共沉淀法制备了一些列Sm和Ca共掺杂的二氧化铈（SCDC），研究了其详细形态，组成，晶体结构和电化学性能，结果发现在600℃时SCDC能达到离子电导率峰值，为0.039S/cm, 可以通过氧空位和掺杂离子半径与临界半径之间的失配的耦合效应来解释， LSCF与制备的SCDC之间的复合形成有助于离子电导率的显著提高，在600℃下，LSCF-SCDC复合材料获得了高达0.188S/cm的离子电导率。使用透射电子镜和光谱学法可以检测出LSCF-SCDC界面中的氧富集现象，并且LSCF–SCDC和LSCF–LSCF晶界中氧空位的耗尽得到了显着缓解，从而使LSCF-SCDC复合材料的离子电导率得到了提高。Wang[3]等后来又对LSCF-SCDC复合材料做出了改进，在材料中加入了Ni0.8Co0.15Al0.05Li-氧化物（NCAL）形成离子膜以构成半导体离子膜燃料电池（SIMFC）。该装置的开路电压（OCV）高于1.0V，550℃时的最大功率密度为814 MW/cm2，远高于使用SCDC膜的燃料电池的0.84 V和300 MW/cm2，此外，SIMFC在长期稳定性方面相对更有前途，在燃料电池运行期间，电压可以维持在0.966 V且60小时不降级，并且在燃料电池长期使用后，开路电压（OCV）可以恢复到1.06 V，将LSCF电子导体引入膜中不会引起任何短路，但可显着提高燃料电池的性能。此外还采用了肖特基结以防止内部电子通过，从而避免了器件短路问题。
Nie[4]等为了揭示半导体离子材料（SIMs）的离子传导机理，探究了LSCF-SCDC电解质燃料电池的性能与烧结温度的关系，结果发现，LSCF-SCDC电解质燃料电池的性能随烧结温度的升高而降低，由LSCF-SCDC颗粒在600℃烧结而成的电池在550℃表现出543 MW/cm2的峰值功率密度（Pmax）甚至在低温（500℃）下也具有312 MW/cm2的出色性能。相反，基于1000℃颗粒的器件的Pmax较差，为106 MW/cm2。性能差异可能是由于SIM球粒通过不同温度烧结而产生的不同离子电导率引起的，劣化的根本原因可能是随着烧结温度的逐渐升高，欧姆电阻的增加和严重的极化损耗，高温烧结显着减小了两相材料之间的界面面积，这可以提供离子传输途径，该研究表明了界面离子传导LSCF-SCDCSIMs的电性能和燃料电池设备性能中起着核心作用。
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