【摘 要】
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目前,中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）既保留了燃料电池清洁、高效的优势,又能够缓解电池长期在高温下工作所造成的不稳定及性能衰减等难题,成为国内外燃料电池领域研究的热点
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目前,中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）既保留了燃料电池清洁、高效的优势,又能够缓解电池长期在高温下工作所造成的不稳定及性能衰减等难题,成为国内外燃料电池领域研究的热点。但是随着SOFC操作温度的降低,会产生一系列不利影响,如发生电极反应的阻抗增大,阴极氧还原反应速率降低等。开发在较低温度下具有较高电催化活性的阴极材料是解决上述难题的关键,其中复合阴极材料因其具备优异的综合性能而受到广泛关注。本文首先采用F127为络合剂的溶胶-凝胶法制备了PrSrFe0.5Co0.5O4-Pr0.4Sr0.6Fe0.5Co0.5O3(PSFC214-113)复合材料,并将其应用于IT-SOFC的阴极。PSFC214-113复合阴极是以钙钛矿材料Pr0.4Sr0.6Fe0.5Co0.5O3(PSFC113)与Ruddlesden-Popper（RP相）PrSrFe0.5Co0.5O4(PSFC214)材料相复合而成。对该复合材料进行不同温度的烧结,并对复合该材料的结构及性质进行了研究。通过XRD测试以及精修结果可知,PSFC214组分具有tetragonal晶体结构和I4/mmm空间群,而PSFC113组分具有orthorhombic晶体结构和Pbnm空间群。物理性质测试结果表明,烧结温度为1000℃的PSFC214-113复合阴极材料在350℃下电导率可达330 S cm-1;EIS测试表明:PSFC214-113复合材料在800℃下的最小阻抗值为0.119Ωcm2,相比于PSFC113纯相材料,虽然两者在800℃时有相近的阻抗值,但是PSFC214-113复合材料阻抗值随温度变化较小,具有更好的热稳定;La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85（LSGM）电解质支撑的单电池和以阳极支撑的单电池放电功率分别为0.683 W cm-2和0.864 W cm-2;100 h的极化稳定性测试以及80 h的放电稳定性测试表明,复合材料具有良好的长期稳定性。本文采用以F127为络合剂的溶胶-凝胶法成功的制备了一系列不同Fe/Co比例的PrSrFexCo1-xO4-Pr0.4Sr0.6FexCo1-xO3（x=0,0.25,0.5,0.75,1）复合阴极材料,探讨了x值对该材料相结构及电化学性能的影响。研究表明,上述五种复合材料均具有较高的孔隙结构和较小的颗粒尺寸。通过一系列的测试分析表明材料的热膨胀系数、电导率随着Co含量的增加逐渐增大;电化学阻抗值随Co含量的增加而逐渐减小,但是,当Co含量增加至0.75时,材料由于热膨胀系数过大而导致阻抗值增大;x=0.5时复合材料具有最佳的电化学性能,其在800℃下的阻抗值为0.119Ωcm2。由于该复合材料拥有较高的电导率、较适中的热膨胀系数及优异的电化学性能,因此PSFC214-113是一种具有发展潜力的中温SOFC阴极材料。
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