提高Sm0.2Ce0.8O1.9掺杂的La0.6Sr0.4CoO3?δ复合阴极在平板管固体氧化物燃料电池中的性能和稳定性

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Enhancing performance and stability of Sm0.2Ce0.8O1.9-decorated La0.6Sr0.4CoO3?δ composite cathode in flat-tube solid oxide fuel cell

固体氧化物燃料电池阴极通过机械混合La0.6Sr0.4CoO3（LSC）与Sm0.2Ce0.8O2?δ（SDC）制备复合阴极，将热膨胀系数从18.29×10^-6 K^-1降至13.90×10^-6 K^-1，显著提升与电解质的热匹配性，同时保持高输出性能。

　　

摘要

固体氧化物燃料电池的商业化取决于阴极材料，该材料需要具备高催化活性以及与电解质相匹配的热膨胀系数（TEC）。虽然基于钴的阴极La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）具有优异的催化性能，但其热膨胀系数明显高于电解质。在本研究中，我们通过机械混合Sm_0.2Ce_0.8O_2?δ（SDC）与LSC来制备复合阴极。当SDC的掺杂量为50wt%时，热膨胀系数从18.29 × 10^?6 K^?1显著降低至13.90 × 10^?6 K^?1。在从室温到800°C的热冲击条件下，极化电阻的增长速率仅为每循环0.658%，仅为纯LSC的49%。采用LSC-SDC复合阴极的纽扣电池在900小时内运行稳定，且未出现Sr元素偏析现象，电压增长速率为1.11%/kh。一个采用LSC-SDC复合阴极的商业平板管电池（活性面积：70 cm²）在750°C时的输出功率为54.8 W。松弛时间的分布表明，非电极部分是反应速率的主要限制因素。本研究表明，LSC-SDC混合策略有效提升了与电解质的兼容性，同时保持了高输出性能，使其成为一种有前景的商业化阴极材料。