混合导体电极材料显微结构的调控及在燃料电池中的应用

本项目主要采用软化学合成方法，利用模板法制备钙钛矿（ABO3）或类钙钛矿（A2BO4）结构氧离子-电子混合导电材料，对其电化学性能和在燃料电池中的应用进行研究。通过控制和调节电极材料的显微结构，从而提高材料的离子和电子混合电导率，改善材料的氧输运及氧催化活性，增加电极材料与电解质界面的的活性反应区域。我们拟选定A位是碱土(Sr,Ca)或稀土元素(La,Nd,Sm)，B位是过渡族金属元素镍或铜组成的氧化物，构筑由两种或两种以上结构单元组成的多级显微结构材料，通过研究材料的显微结构与氧缺陷类型对材料性能的影响，阐明电极材料的组成-显微结构-材料性能之间的相关机制，研究阴极反应机理，考察该类材料在中温固体氧化物燃料电池中应用的可行性，为新型电极材料的开发提供理论依据和思路。

本研究项目的结果包括三方面内容:(1)混合导体固体氧化物燃料电池纳米电极材料的形貌调控和电化学性能(2)类钙钛矿及钙铁石结构混合导体新型电极的性能及氧还原反应机理的研究。在第一方面,研究了混合导体类钙钛矿结构纳米粒子和纳米纤维电极的微观形貌及电化学性能。特别是La1.6Sr0.4NiO4和Nd1.93Sr0.07CuO4纳米纤维电极在700°C的极化电阻为0.4和0.26 ohm.cm2, 这小于同温度下的粉体阴极材料,这主要是由于纳米纤维结构提高了电极的氧表面扩散和吸附性能,从而使得整个电极的电化学性能得到了显著提高。第二方面,对于类钙钛矿结构(La2Cu1-xCoxO4, Pr2CuO4)材料及钙铁石结构混合导体（Ca2Fe2-xCoxO5, Ca2Fe2-xMnxO5）电极的制备,电化学性能,氧还原反应机理的研究取得了重要成果。特别是在氧还原反应机理中取得了突破性的进展，结果显示混合导体在不同的测试温度和氧分压下电极可能存在不同的氧化还原反应过程。第三方面，制备了电极与固体电解质和电极与Ag的复合阴极材料。结果显示，复合阴极的TPB三相界面活性区域有所增加，电化学性能得到明显改善。根据以上研究内容,共发表学术论文10篇，其中SCI学术论文9篇；撰写关于固体氧化物燃料电池电极材料专著1部。同时根据项目研究内容申请发明专利10项，获得专利授权7项。