低溫SOFC非鈷基陰極材料開發取得新進展

據Materials Views網站報道：固體氧化物燃料電池(Solid oxide fuel cell，SOFC)由於其具有能量轉換率高、環境友好、燃料多樣性、全固態結構、組裝工藝簡單等優點受到了廣泛關注。但SOFC過高的操作溫度限製了其在商業上的大規模應用。因此，為了促進SOFC商業化應用，就需要盡可能降低SOFC的de操cao作zuo溫wen度du。然ran而er隨sui著zhe操cao作zuo溫wen度du的de降jiang低di，陰yin極ji極ji化hua電dian阻zu和he電dian解jie質zhi歐ou姆mu阻zu抗kang增zeng加jia會hui導dao致zhi電dian池chi整zheng體ti性xing能neng急ji劇ju下xia降jiang，且qie陰yin極ji氧yang還hai原yuan活huo性xing的de降jiang低di成cheng為weiSOFC實現低溫商業化的主要瓶頸。

目(mu)前(qian)
，提(ti)高(gao)陰(yin)極(ji)氧(yang)還(hai)原(yuan)活(huo)性(xing)的(de)途(tu)徑(jing)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)通(tong)過(guo)優(you)化(hua)電(dian)極(ji)微(wei)觀(guan)結(jie)構(gou)和(he)流(liu)道(dao)宏(hong)觀(guan)結(jie)構(gou)以(yi)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)
，以(yi)及(ji)尋(xun)找(zhao)新(xin)型(xing)電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)以(yi)適(shi)應(ying)低(di)溫(wen)操(cao)作(zuo)的(de)需(xu)要(yao)。由(you)於(yu)電(dian)極(ji)微(wei)觀(guan)形(xing)貌(mao)和(he)流(liu)道(dao)宏(hong)觀(guan)結(jie)構(gou)調(tiao)控(kong)在(zai)長(chang)時(shi)間(jian)高(gao)溫(wen)操(cao)作(zuo)中(zhong)形(xing)貌(mao)和(he)結(jie)構(gou)易(yi)坍(tan)塌(ta)，不(bu)合(he)適(shi)商(shang)業(ye)化(hua)應(ying)用(yong)。因(yin)此(ci)，開(kai)發(fa)新(xin)型(xing)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)陰(yin)極(ji)材(cai)料(liao)變(bian)得(de)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。開(kai)發(fa)高(gao)性(xing)能(neng)陰(yin)極(ji)材(cai)料(liao)的(de)途(tu)徑(jing)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)金(jin)屬(shu)陽(yang)離(li)子(zi)摻(chan)雜(za)、複fu合he陰yin極ji以yi及ji浸jin漬zi法fa等deng。雖sui然ran相xiang對dui於yu鈷gu基ji鈣gai鈦tai礦kuang氧yang化hua物wu，鐵tie基ji陰yin極ji具ju有you相xiang對dui較jiao低di的de氧yang還hai原yuan活huo性xing，但dan較jiao低di的de熱re膨peng脹zhang係xi數shu和he較jiao高gao的de穩wen定ding性xing使shi鐵tie基ji陰yin極ji具ju有you更geng好hao的de商shang業ye應ying用yong前qian景jing。因yin此ci
，開kai發fa高gao性xing能neng的de鐵tie基ji鈣gai鈦tai礦kuang氧yang化hua物wu陰yin極ji材cai料liao成cheng為weiSOFC領域的研究熱點。

近期
，南京工業大學邵宗平教授及其研究團隊在設計開發高性能SOFC陰極材料策略方麵取得了重要進展。采用溶膠凝膠聯合絡合法製備了鐵基SrFeO₃–σ-δFσ和SrFe_0.9Ti_0.1O₃–σ-δFσ (σ=0.00、0.05和0.10)鈣鈦礦氟氧化物，研究發現F元素摻雜以後的SrFeO₃–σ-δFσ和SrFe_0.9Ti_0.1O₃–σ-δFσ (σ=0.05和0.10)都展現出了相對於它們母體氧化物較高的氧還原活性，如SrFeO₃-δ
，SrFeO_2.95-δF_0.05和SrFeO_2.90-δF_0.10在600 °C時的阻抗值依次為0.875，0.393和0.491 Ω cm²，其中阻抗減小的幅度完全可以和金屬陽離子摻雜B位摻雜引起的效果相媲美。更為重要的是，陰離子氧位摻雜的SrFeO_2.95-δF_0.05氟氧化物在作為氧還原電極時還具有良好的穩定性。這項工作是陰離子氧位摻雜鈣鈦礦氧化物在SOFC陰極材料中應用的首次報道。與此同時，也可以在一些高性能的鈷基鈣鈦礦材料的氧位摻雜一些其它非金屬陰離子(Cl^–，S^2-
，N^3-)來進一步提高其性能，如Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃–δ
， SrCo_0.9Nb_0.1O₃–δ
，SrCo_0.8Nb_0.1Ta_0.1O₃–δ等。因此，這為開發高性能SOFC陰極材料提供了新的方向。

相關工作發表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201700242）上。文章第一作者為南京工業大學化工學院博士研究生張振寶。