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传统的高温燃料电池SOFC由于高的操作温度(800-1000℃)而导致了材料选择的困难和成本居高不下,而降低电池的工作温度到中等温度(550~800℃)可以在保持高温燃料电池优点的同时克服其缺点.当温度降低到800℃以下时,阴极界面电阻随着温度的降低而迅速增加,并超过薄膜化电解质(厚度小于30μm的YSZ)的电阻而成为电池内阻的主要来源.因而探索在中温下具有较低界面电阻的阴极,降低电池内阻,从而提高SOFC的能量转化效率,对SOFC的发展具有举足轻重的意义.阴极的界面电阻与其微结构和制备过程密切相关,为了提高阴极性能,该论文以Sm<,0.2>Ce<,0.8>O<,1.90>(SDC)为电解质,采用不同的粉体和电极制备方法优化LSM-SDC复合阴极,为LSM(La<,1-x>Sr<,X>MnO<,3-δ>)在中温SOFC中的应用探索合适的途径.论文前两章对SOFC工作原理、SOFC各部分材料的特点以及阴极氧还原反应过程做了一个概述.论文第三章采用固相反应法、硝酸盐-甘氨酸法(GNP)制备LSM粉体;用草酸盐共沉淀法和GNP法制备SDC粉体.并研究了GNP法中"还原剂/氧化剂当量比"对粉体比表面、电极微结构和界面电阻的影响.随着当量比的提高,粉体比表面逐渐增加.当量比为1.2时,产物粉体中硬团聚较少、比表面较大,复合阴极面内电阻较小,对应界面电阻也最小.通过实验优化,在800℃下得到的最低界面电阻为0.26Ω2cm<2>.为了进一步降低界面电阻,论文第四章用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备LSM-SDC复合阴极,并对电极微结构和界面电阻进行了研究.与传统的陶瓷材料制备方法相比,溶胶凝胶技术的热处理温度低,所制备的粒子或材料非常均匀,纯度也很高.800℃时的界面电阻为0.14Ωcm<2>,低于文献中所报道的和第三章用其他制备方法得到的同成分阴极的界面电阻数据.论文的五章采用硝酸盐浸渍法制备LSM-SDC复合阴极,并研究了电极微结构和界面电阻的关系.750℃时为0.034Ωcm<2>.此数据比现有文献中的LSM-DCO复合阴极界面电阻数据要低约一个数量级.该论文还对各组实验的阴极反应表观活化能进行了比较分析,活化能大小都介于1.0eV和2.0eV之间,和文献中关于阴极氧还原反应的动力学解释基本吻合.不同粉体由于形貌和粒子大小不同,烧结性能存在很大差别.例如第三章中的GNP粉体由于颗粒粒径小、烧结活性高,对应复合阴极的最佳烧结温度也较其他粉体的最佳烧结温度低150-300℃.对于复合阴极的烧结过程来说,烧结温度过低或过高均会导致界面电阻增加.从各章中的扫描电镜照片和交流阻抗谱图可以看出,只有在适中的烧结温度下才能制备出粒子间结合好、足够的孔隙率、长的三相界面的电极,对应界面电阻也最低.第三章中通过比较各种阴极的面内电阻(电导率)和界面电阻,发现两者存在一一对应关系.这表明电极的面内电阻也是影响阴极性能的一个重要因素.虽然面内电阻和界面电阻的具体关系还有待于进一步研究,但是它向我们指出了减小阴极/电解质界面电阻的一个研究方向.在第五章的实验正是依据这个潜在的规律而设计的,并得到了很好的结果.