【摘 要】
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近年来固体氧化物燃料电池（SOFC）作为高效的能源转换装置,引起了社会各界的广泛研究和关注。该装置可以直接将燃料的化学能转化为电能,具有燃料效率高、环境友好等优点。SOFC燃料电极需要具备高电子和离子电导率、足够的燃料氧化催化活性、化学稳定性以及与相邻组件相匹配的热膨胀系数等基本要求。最近,钙钛矿表面的原位出溶在催化领域受到了广泛关注。原位生长纳米粒子具有良好的分散性,为燃料氧化提供了活性位点,提
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近年来固体氧化物燃料电池（SOFC）作为高效的能源转换装置,引起了社会各界的广泛研究和关注。该装置可以直接将燃料的化学能转化为电能,具有燃料效率高、环境友好等优点。SOFC燃料电极需要具备高电子和离子电导率、足够的燃料氧化催化活性、化学稳定性以及与相邻组件相匹配的热膨胀系数等基本要求。最近,钙钛矿表面的原位出溶在催化领域受到了广泛关注。原位生长纳米粒子具有良好的分散性,为燃料氧化提供了活性位点,提高了钙钛矿材料的催化活性。通过原位还原技术制备出了双钙钛矿Sr Bi Fe Ti O6–δ（SBFT）表面共出溶Bi-Fe纳米金属微粒的新型微结构作为SOFCs的电极材料。晶体结构研究发现,在氢（H2）气氛下金属Bi和Fe从钙钛矿晶格中出溶并未改变SBFT钙钛矿的立方结构。电导率结果表明,出溶的纳米颗粒有效地提高了样品的电导率。XPS结果表明,还原后的SBFT表面具有Ti3+/4+、Fe3+/2+/0、Bi3+/0和Sr2+价态。以SBFT-Ce0.8Sm0.2O1.9为阳极的单电池在800 oC在乙醇和氢气气氛下的输出峰值功率密度分别为280和502.8 m W cm-2。在800 oC以乙醇为燃料电池在0.5 V的电压下相对稳定超过30 h。采用固相法合成双钙钛矿Sr2-xBixFe1.5Mo0.5O6-δ（x=0-0.2;SBFM）电极材料,Sr1.9Bi0.1Fe1.5Mo0.5O6-δ（SBFM01）电极材料可在还原气氛条件下出溶Bi和Fe金属纳米粒子,再次氧化可以变为纯相。SBFM01电极材料与镓酸镧基（LSGM）和氧化铈基（SDC）电解质在不同气氛下均表现出了良好的化学兼容性。800 oC时,空气和氢气气氛中,SBFM01的极化阻抗值分别为0.266Ωcm~2和0.310Ωcm~2,对称电池以H2为燃料的最大输出功率密度为482.9 m W cm-2。800 oC时,乙醇为燃料的单电池最大输出功率密度为210.5 m W cm-2。此外,在固体氧化物电解池（SOEC）模式下,SBFM01-SDC（6:4）复合电极表现出良好的CO2电解性能和电化学稳定性。通过固相法制备出了Pr1-xBixFe O3-δ（x=0.1-0.2;PBF）钙钛矿电极材料,经过高温还原后分解为PBF主相,及金属Bi、Fe和Pr2O3纳米颗粒的复合结构,电极材料与电解质（LSGM）在空气和还原气氛中均表现出了良好的化学兼容性。XPS结果表明,还原后的电极材料表面的金属阳离子具有Pr3+/4+、Fe3+/2+/0和Bi3+/0的价态。电导率测试结果表明,在氢气气氛下,出溶的纳米粒子及Pr2O3有利于提高电极材料的电导率。电化学阻抗测试表明,Bi元素取代Pr元素可以提高电极材料的电化学性能,降低极化阻抗。以PBF02为阳极的单电池在800 oC时以乙醇为燃料的最大功率密度为337.9m W cm-2,同时稳定性测试中表现出良好的电化学稳定性。
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