纳米复合阴极的低温制备及电化学性能(4)
Sakito等[14]将Ag与La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF)复合制成复合阴极，并分别制备了阳极支撑的Ni-YSZ/YSZ/LSCF-A和Ni-Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC)/GDC/ LSCF-Ag电池，在530~730℃，以空气和湿氢气做燃料，发现当18％wt Ag粒子渗入到LSCF后，电池的功率密度提高了约50％。Ni-YSZ/YSZ/LSCF-Ag电池在630℃的功率密度是0.25W/cm2，而同样条件下以LSCF为阴极的电池的功率密度为0.16W/cm2。电池在0.7V/700℃运行150h后没有发现输出功率下降的现象。Ni-GDC/GDC/LSCF-Ag电池在530℃时最大功率密度0.415W/cm2。
Lee等[15]用球磨制备了Nd0.6Sr0.4Co0.5Fe0.5O3-δ-Ag(3％wt)复合阴极，并在900℃烧结，电池在800℃下测得最大功率0.15W/cm2，阴极极化电阻从以纯Nd0.6Sr0.4Co0.5O3-δ为阴极的2.05 Ω/cm2下降1.56 Ω/cm2。随后，用0.1 mg/cm2(0．5％wt)Ag通过注入法与Nd0.6Sr0.4Co0.5Fe0.5O3-δ混合，并在700℃烧结，虽然Ag的加入量少，但电池显示出更好的性能，800℃时功率密度为0.27W/cm2，这与此时Ag在阴极中分散度和黏结度比球磨制备的Nd0.6Sr0.4Co0.5Fe0.5O3-δ-Ag复合阴极更好有关。
1.3.2纳米结构复合阴极
纳米结构复合阴极是指阴极的颗粒具有纳米尺度，它与传统复合阴极相比，具有更精细的微观结构和更长的三相反应界面。
目前，纳米结构复合阴极的制备主要有两大类型:①以具有高离子电导的YSZ、GDC电解质为基体骨架，将高电子电导的贵金属(Pd、Pt等)或钙钛矿阴极(LSM、LSF、LSCF)等浸渍到骨架，形成具有离子电子混合导电性的复合阴极；②以LSM、LSCF等传统阴极为基体骨架，用贵金属等电子导体或者YSZ、GDC离子导体进行修饰，形成离子电子混合导电性的复合阴极。
(1)以YSZ、GDC电解质为基体的纳米复合阴极
YSZ电解质具有良好的化学稳定性，是公认的最好的电解质材料，尽管随着工作温度降低，它的离子电导率下降很快，但是多孔的YSZ骨架与致密的YSZ电解质形成一体化O2-传输通道，有利于氧还原反应。Zhang等[16]制备了尖晶石型Cul.25Mnl.75O4与YSZ的复合阴极，发现 50wt.%CMO+YSZ复合阴极在750℃的极化电阻是0.3Ωcm2。
(2)以LSM、LSCF等阴极为基体的纳米复合阴极
通过加入氧离子导体(如YSZ、GDC)可以极大的改善LSM电极的电化学催化活性。Murry和Barnett[17,18]研究了LSM/YSZ和LSM/GDC复合阴极的催化性能，发现LSM/GDC阴极在750℃的最低极化电阻是0.49Ωcm2，低于纯LSM电极的3.5Ωcm2极化电阻。
对于具有高离子电子电导率的LSCF、LSC和LSF等而言，LSCF电极通过电子导体或离子导体的修饰，尤其在较低温度(<700℃)下，极化电阻显著降低。Simner等[19]报道了以La0.8Sr0.2FeO3/SDC作为复合阴极的电池的性能，当2 vol.%的Pd浸渍到阴极后，电池在700℃的功率密度提高了50%。而Pd，Ag和Pt等贵金属[20,21]以及GDC[22]修饰的LSCF阴极的催化性能也有详细报道。
离子浸渍法是一种有效的纳米结构复合阴极制备方法，由于该法可在较低的温度下煅烧获得纳米级混合导电氧化物，煅烧温度明显低于传统电极制备方法。因此，该法既可避免电极与电解质发生化学反应，又解决了两相间膨胀系数不匹配的困扰。由于LSCF阴极在中温具有良好的催化性能，而GDC电解质是最稳定且被广泛应用的电解质材料，因此用浸渍法可以将LSCF以纳米粒子的形态附着在GDC基体骨架上形成纳米复合阴极，有望实现将LSCF阴极应用于800℃以下以GDC为电解质的SOFC中的设想。
基于LSCF与GDC之间良好的化学相容性，以及采用共烧法制备的LSCF-SDC传统复合阴极的优异催化性能的基础上，Shah等[23]采用浸渍法将LSCF的硝酸盐溶液浸渍到GDC骨架，制备了LSCF+GDC纳米结构的复合阴极。