固体氧化物电解池(SOEC,Solid oxide electrolysis cell)是一种能量转换装置,通过SOEC可以将电能转化为化学能。它将电能和热能结合用于气体的电化学还原,这一工作过程是固体氧化物燃料电池(SOFC,solid oxide fuel cell)工作的逆过程。本文着眼于探索固体氧化物电解池的阴极材料。人们将Ni-YSZ用作固体氧化物电解池的阴极来高温电解气体,它的电化学性能表现良好。但是Ni-YSZ电极容易被氧化导致性能降低。这限制了 Ni-YSZ阴极的应用。而钙钛矿型氧化物(ABO3-δ)的离子电导混合电导性能表现良好,成本较低,本文聚焦于铁酸锶(SrFeO3O-δ)钙钛矿型氧化物作为SOEC阴极材料。本文使用固相合成法合成了 Sr0.9Fe0.9Zr0.1O3-δ、Sr1-xPrxFeO3--δ(x=0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)和Sr0.95FeO3-δ三种类型的铁酸锶氧化物。使用XRD确定合成氧化物的物相结构,使用热重研究其重量随温度的变化。并用扫描电子显微镜观测铁酸锶氧化物的形貌结构和电解单电池的横截面形貌。测量了氧化物材料本身的电导率。然后将这些铁酸锶氧化物制成阴极浆料,考察了它的对称电池极化电阻,电解单电池电解水蒸气的极化电阻、电流-电压曲线、短期性能等电化学性能。最后收集阴极端排除的尾气,使用气相色谱检测产物氢气含量,以此考察了电解单电池的氢气产率和电流效率。实验表明,Sr0.9Fe0.9Zr0.1O3-δ、Sr0.96Pr0.04FeO3-δ和Sr0.95FeO3-δ于 800℃在5%H2/Ar时的电导率都大于1 S cm-1,这充分满足了 SOEC阴极材料对电导率的要求。它们在氢分压下的极化电阻都足够小,纯氢气氛下极化电阻都可以达到0.3 Ω cm2以内。将它们用作SOEC阴极材料电解水蒸气时,Sr0.9Fe0.9Zr0.1O3-δ的电流效率最高达到80%,Sr0.96Pr0.04FeO3-δ的电流效率最高为98%最低为95%,Sr0.95FeO3-δ的电流效率约为98%。这些实验事实说明,将铁酸锶氧化物用作SOEC的阴极有利于改善性能,可用于电解水蒸气。