纳米复合阴极的低温制备及电化学性能(3)
（1）加入电解质材料的传统复合阴极
在阴极材料中加入电解质，可以使阴极从原先的电子导电材料变为电子-离子混合电导材料，使电极反应的三相区域从二文变为三文，扩大了三相区域的面积，提高了阴极的电性能。同时加入电解质材料后，可以使复合阴极材料与电解质材料的热膨胀系数(Thermal Expansion Coefficient，TEC)相近，有利于电池运行的稳定。La1-xSrxMnO3-δ(LSM)是一种常用的阴极材料，LSM具有高的电子电导率和稳定性，但是它的离子电导率较低，并且具有较高的氧气分解活化能。为了增加阴极LSM的离子电导率，通常把电解质材料作为第二相加人到LSM中，比如YSZ。Murray[8]等报道说LSM-YSZ以相同的质量混合，获得的复合阴极以YSZ为基底，在开路电压下测得750℃阴极极化电阻为1.31Ωcm2,这比相同温度下单以LSM作为阴极的极化电阻3.5lΩcm2要低，这主要是因为复合阴极可以使IPB由二文方向扩展为三文区域。
Piao[9]等用丝网印刷法制备LSM-YSZ复合阴极，通过优化制备过程中的各种工艺参数，如黏结剂的选择、丝网印刷板的目数、烧结温度和烧结时间等，来提高电池性能。通过研究发现，采用乙基纤文素作为复合阴极材料的黏结剂，用120目数的丝网印刷，随后在1200℃烧结2h后，可以获得性能较优的电池。通过以上步骤制得的复合阴极，在850℃、800℃和750oC的极化电阻分别为0.202 7Ωcm2、0.2463Ωcm2和0.5168Ωcm2。
Zhang等[10]制备了La0.8Sr0.2MnO3(LSM)-YSZ和LSM-La0.4Ce0.6O1.8(LDC)双层复合阴极，并以阳极为支撑，YSZ薄膜为电解质。双层复合阴极的性能比单以LSM-YSZ或LSM-LDC为阴极的性能都有所提高，在650℃时双层复合阴极电池的功率密度分别比以LSM-LDC、LSM-YSZ为阴极的电池分别提高52％和175％，而前者的极化电阻分别为后两者的75％和49％。这种性能的提高主要是由于氧在双层复合阴极上电化学反应的各步骤的活化能比在LSM-YSZ上小，从而加快了氧的还原速率，另外LDC中Ce4+/Ce3+的氧化还原性质也加快了氧在双层复合阴极上的还原反应的速率。
Li等[11]研究了Ba0.5Sr0.5Co0.6Fe0.4O3(BSCF)与Ce0.8Sm0.2O1.9 (SDC)组成的复合阴极。X衍射图谱表明BSCF和SDC在烧结过程中，SDC晶体中的Sm3+向BSCF晶体扩散，而少量Sm3+的加入会部分取代BSCF中的Ba2+，为了保持电中性，B位上的Co和Fe离子会发生还原反应，从而引起阴极电导率的提高。同时SDC的加入可以大幅降低了BSCF的热膨胀系数，解决了BSCF与电解质SDC的热膨胀不相容的问题。在BSCF中加入30％wt SDC(BSCF-SDC30)，可以获得了最低的极化电阻。550℃时，BSCF-SDC30的极化电阻为0.298Ωcm2，为纯BSCF的1.7。
（2）加入贵金属材料的传统复合阴极
在阴极材料中加入贵金属(Pt、Pd、Ag、Au)是另一种提高阴极性能的方法。贵金属的加入可以改善电极的微结构，提高阴极的电催化活性，加快表面氧交换速率，并且可以极大地提高阴极的电子电导率。
Sahibzada等[12]研究了Pd加入到LSCF后的影响，发现整个电池的电阻在650℃下降了15.5％，在550oC下降了40％．
Simner等[13]将1％vol-2％vol Pd或Pt添加到La0.8Sr0.2FeO3-δ(LSF)阴极材料中，发现在加入2％vol Pd到LSF后，0.7 V/700℃下的功率密度提高50％，而在同样条件下，加入2％vol Pt后无明显提高。而在长期的测试中，加入Pd的复合阴极表现出性能的不稳定性。测试开始2h后，电池的功率密度到达最高为610mW/cm2，在随后的24h内，功率密度迅速降低到400mW/cm2。可能的原因为：在初始测试阶段，Pd的加入提高了阴极的催化活性，而过后一部分Pt-O物质从集电器(current collector)挥发转移到阴极-电解质界面，还原成Pt，并与Pd形成Pd-Pt合金，从而使Pd失去了催化活性，进而影响电池的性能。