• 研究论文 •
夏能楚a,b, 周宇b, 王琴a, 张家友b, 余春b, 张旸b, 官万兵b, 王建新b*
Nengchu Xiaa,b, Yu Zhoub, Qin Wanga, Jiayou Zhab, Chun Yub, Yang Zhangb, Wanbing Guanb, Jianxin Wangb*
摘要: 莫来石结构氧化物具有优异的氧还原反应(ORR)活性,得益于其独特的晶体结构而表现出较低的热膨胀系数(TEC),且由于不含碱土元素,可避免使用阻挡层并简化制备工艺。因此,它们作为新型固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料具有广阔的应用前景。本工作通过固-液复合路线一步法合成了莫来石-尖晶石结构的SmMn2O5-NiMn2O4(SMO-NMO)复合阴极,其原位自组装特性使其在无需阻挡层的情况下即可与电解质实现良好的界面匹配。表征结果表明,当SMO:NMO=5:5 (SN55)时,复合阴极通过两相之间的协同作用,克服了单相材料的性能瓶颈-即纯SMO导电性低(800 °C时仅为0.035 S cm-1)以及纯NMO氧还原反应(ORR)活性不足的问题。在800 °C下,全电池的峰值功率密度达到1069.82 mW cm-2,分别为纯SMO(329.92 mW cm-2)和纯NMO(890.20 mW cm-2)的3.24倍和1.20倍。以SN55为阴极的全电池在750 °C、540 mA cm-2条件下恒流放电150 h后,电压衰减约为1.6%,平均衰减率为5.62%/kh,且阴极-电解质界面未出现任何缺陷与元素偏析。本研究为设计无阻挡层固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料提供了一条新的思路。