Co、Ni、Fe掺杂有效提升PrBaMn2O5+δ阳极材料的催化活性

作者：唐雅薇; 徐兰兰; 刘孝娟^*

来源：应用化学, 2022, 39(10): 1543-1553.

DOI：10.19894/j.issn.1000-0518.220048

• 元素掺杂
• 表面氧空位
• 固体氧化物燃料电池
• 阳极

开发高效的阳极材料对实现固体氧化物燃料电池(SOFC)大规模商业化起着至关重要的作用。基于组分工程设计思想，以Pr0.5Ba0.5Mn O3-δ为基质，通过B位过渡金属元素掺杂，在还原条件下合成了Pr Ba Mn1.6X0.4O5+δ(PBMX,X=Co,Ni,Fe)系列层状钙钛矿阳极材料，系统探究了不同过渡金属元素掺杂对Pr Ba Mn2O5+δ(PBMO)的微观结构以及电化学性能的影响，并分析了A位缺陷对PBMX阳极材料的性能提升作用。结果表明，Co、Ni的掺杂效果明显优于Fe的掺杂，Pr Ba Mn1.6Co0.4O5+δ(PBMC)和Pr Ba Mn1.6Ni0.4O5+δ(PBMN)在还原过程中会产生更多的氧空位，材料的电化学性能更优。其中，PBMC作为阳极材料具有最高的催化活性，在H2的还原条件下，800℃时，其对称电池的界面极化电阻为0.170Ω·cm2，并且在以H2作为燃料气的条件下全电池输出874 m W/cm2的最大功率密度。分析结果表明，掺杂过渡金属对电化学活性的提升源于其对H2还原条件下表面粗糙度的增强及氧空位浓度的增加。此外，进一步引入A位缺陷后，可以得到催化活性更高的Pr0.6Ba Mn1.6X0.4O5+δ(P0.6BMX,X=Co,Ni,Fe)阳极材料，其中，800℃的测试温度下，P0.6BMC的界面极化电阻仅为0.090Ω·cm2，全电池输出的最大功率密度为952 m W/cm2。

• 单位
  稀土资源利用国家重点实验室; 中国科学技术大学; 中国科学院长春应用化学研究所