IT-SOFCs复合阴极中浸渍骨架的制备与表征(4)
1.2.3中温 SOFC 阴极材料的研究现状
中温固体氧化物燃料电池现今研究的阴极材料中最为成熟的是La1-xSrxMnO3（LSM）。但是，随着温度的降低，其反应也将明显下降，显著提高了极化电阻，而电子电导率却大大下降。另外由于电池的制备需要在温度很高的环境下，但是Mn会发生溶解而使得燃料电池的各项性能降低。降低燃料电池阴极过电位，降低阴极与电解质之间的界面电阻，提高燃料电池阴极材料的电导率，文持化学稳定性，改善电极的微结构，对于当前发展中温SOFC来说，研发高性能新型阴极材料依然显得十分关键 [5,8]。
1.3 复合阴极体系
在中温固体氧化物燃料电池研究的前期，主要是为了得到节能并且效率很高的供电装置。但是它的工作温度一般都比较高，为了降低它的工作温度，今年来的研究重心转移到了阴极材料的选择上。于是复合阴极进入了人们的视野，研究复合阴极成为目前SOFC的主要部分。
1.3.1 传统复合阴极
传统复合阴极是把阴极粉体和固体电解质粉体混合，再涂在表面经过处理的电解质上，再通过烧结得到多孔的复合阴极。复合阴极要有足够的孔隙率，保证氧离子能够很好的传输。所以在烧结的温度的选择上，要求烧结温度要很高。在这么高的温度下，必须要考虑复合的两种物质的化学相容性。
⑴ LSM-YSZ、LSM-GDC
由于A位的缺陷，在温度很高的情况下，LSM与YSZ、GDC等基体是不会形成复合阴极的。所以要在LSM阴极中添加YSZ、GDC等物质。这些物质能够传到氧离子，从而使这种复合阴极既能够传输离子，又能够传输电子。这种复合阴极能够使得电极的催化活性能到很大程度的增加。LSM颗粒不稳定，由于有YSZ相的存在，可以限制LSM的继续生长，从而使得这种电极的稳定性得到了提高。
⑵ LSCF-SDC、LSCF-GDC
LSCF既能够传输电子，又能够传输离子，并且它的离子电子电导率都很好，是SOFC种阴极材料很好的选择。LSCF在氧离子传输时的活化能很高，并且有很独特的性质。在温度下降的时候，它的离子电子电导也会降低的很快，复合阴极的电阻极化更加明显。在目前的研究中，我们把LSCF浸渍到SDC骨架上。由于SDC具有很高的离子电子电导率，能够使得复合阴极的离子电子电导率很明显的升高，电阻极化得到显著改善。目前在这些方面的研究已经取得了突破性的进展。
上述的研究进展及结果显示，在复合阴极体系中，燃料电池的电极的三相界面反应在很大程度上得到了增加。与此同时，氧离子的传输速率也得到了加快。而粉体的各项性质，煅烧温度，微观粒子的形貌结构大小，两相组成都会对复合阴极的性能产生巨大的影响。
1.3.2 纳米复合阴极
(1)以YSZ、GDC电解质为基体的复合阴极
YSZ是一种化学性质很稳定的固体电解质，在现有的固体电解质材料中，它无疑是最好的选择。虽然YSZ在工作温度下降的时候，导致其离子电导率的下降也非常迅速，可是由于孔隙率很高的YSZ骨架与表面很密的YSZ电解质可以产生氧离子的传导路径，这对氧还原反应有利。Huang等[13]使用把LSM和YSZ混合的方法，再用YSZ作为骨架，LSM作为浸渍浆料，顺利得到了LSM-YSZ复合阴极，之后对LSM-YSZ复合阴极的性能进行了深入探讨，诸如电子离子电导率和热膨胀性能等。在电导率方面，当温度在上升的时候，LSM的担载量增加的时候，制备得到的这种复合阴极的离子电子电导率也会增加很快。LSM的含量在比21 vol.%左右要低的时候，复合阴极的离子电子电导率跟之前相比，显然要高了很多。从目前的研究来看，比较成熟的就是甘氨酸燃烧法制备的LSCF-GDC复合阴极，跟传统的复合阴极相比，它一样有很优秀的各项性能。在这些前提下，Shah等[14]把LSCF浸渍到GDC的骨架上，顺利得到了LSCF-GDC复合阴极。再将LSCF浸渍到1100℃烧结的GDC骨架，并且在800℃的温度下制备的12.5 vol.%LSCF+SDC复合阴极的极化电阻在600℃和700℃分别为0.24Ωcm2和0.03Ωcm2，这远远低于传统复合阴极[15,16,17]。