【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（SOFCs）因环保、发电效率高等优点而备受关注。中低温化是其主要发展趋势。但是,工作温度的降低,会导致阴极的极化阻抗急剧增大,最终造成电池性能下降。铁酸锶铋BixSr1-xFe O3-δ（BSFO）基阴极是一种无钴钙钛矿型氧化物,具有热稳定性高、化学稳定性好、热膨胀系数低等优点,因而被视为中低温SOFCs阴极的重要候选材料。但其氧还原能力差、电子导电率低,制约着电池性能。针对上
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固体氧化物燃料电池（SOFCs）因环保、发电效率高等优点而备受关注。中低温化是其主要发展趋势。但是,工作温度的降低,会导致阴极的极化阻抗急剧增大,最终造成电池性能下降。铁酸锶铋BixSr1-xFe O3-δ（BSFO）基阴极是一种无钴钙钛矿型氧化物,具有热稳定性高、化学稳定性好、热膨胀系数低等优点,因而被视为中低温SOFCs阴极的重要候选材料。但其氧还原能力差、电子导电率低,制约着电池性能。针对上述问题,本论文以BSFO阴极为研究对象,通过材料组分和微观形貌设计对其性能进行改进。主要研究内容与结果如下:（1）采用原位化学镀Ag的方法对BSFO进行改性,制备了BSFO-Ag复合阴极,研究了Ag负载量对其电化学性能的影响。结果表明,Ag能够有效降低BSFO的极化阻抗Rp。当Ag负载量为20 wt.%时,BSFO在650 oC空气条件的Rp为0.35Ωcm~2,仅为BSFO阴极的18.6%（1.88Ωcm~2）,表现出良好的电化学性能。这是因为Ag增加了阴极中吸附氧的比例,使阴极反应速率控制步骤由阴极表面分子氧的吸附与扩散变为阴极上的电荷转移。所制备的单电池在650 oC的最大功率密度Pmax为450.98 m W cm-2;当电流密度为400 m A cm-2时,其开路电压经过50 h无明显衰减（0.66 V左右）,长期稳定性良好。（2）通过添加高电子导电相La0.8Sr0.2MnO3-δ,制备了BSFO-LSM复合阴极,研究了添加量对BSFO阴极电化学性能的影响。结果表明,随着LSM添加量的增加,Rp先降低后升高。当LSM添加量为5 wt.%时,复合阴极在650、800 oC的Rp分别为1.21Ωcm~2、0.11Ωcm~2,仅为BSFO阴极（650 oC,5.37Ωcm~2;800 oC,0.18Ωcm~2）的23%-61%。通过阴极反应动力学分析可知,其反应速率控制步骤由氧的表面吸附-解离变为阴极上的电荷转移过程,可推断LSM的高电子电导率做了主要贡献。所制备的单电池在650 oC和800 oC的Pmax分别为468.65 m W cm-2和750.75 m W cm-2;当电流密度为400 m A cm-2时,其开路电压经过50 h无明显衰减（0.67 V左右）,长期稳定性良好。（3）通过水热法构筑了具有星型结构的BSFO纳米阴极,研究了其电化学性能。结果表明,该结构能够显著降低BSFO阴极的Rp,在650、800 oC的最佳值分别为0.97Ωcm~2、0.03Ωcm~2。通过阴极反应动力学分析可知,其反应速率控制步骤由阴极表面氧分子的吸附与扩散变为阴极上的电荷转移过程。所制备的单电池在650 oC和800 oC的Pmax分别为385.71 m W cm-2和821.73 m W cm-2;当电流密度为400 m A cm-2时,其开路电压经过50 h无明显衰减（0.71 V左右）,长期稳定性良好。
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