表面偏析在固体氧化物燃料电池阴极/电解质界面形成和反应中的作用

作者：何帅; 邹远锋; 蒋三平^*

来源：陶瓷学报, 2023, 44(03): 434-446.

DOI：10.13957/j.cnki.tcxb.2023.03.004

• 固体氧化物燃料电池
• 阴极
• 电极/电解质界面
• 表面偏析
• 极化

电极/电解质界面对高温固体氧化物燃料电池(SOFC)等电化学固态器件的性能和耐久性起着至关重要的作用。SOFC与液态电解质电池相比，SOFC的多孔电极和致密电解质之间的界面接触是不连续的，并且有显著的固体与固体(Solid-to-Solid, StS)接触特性。这种StS的接触特性在SOFC的表面偏析、电极/电解质界面和电极相界面反应性等现象中起到了关键作用，尤其是对于作为O2还原反应、具有高混合离子和电子电导率和高活性等特点的钴基钙钛矿阴极材料。然而，对这些表界面现象的机理研究绝大部分集中在高温电极/电池烧结过程中所发生的钴基钙钛矿电极与氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)基电解质之间的高反应活性现象。电极直接组装技术的开发避免了传统高温烧结带来的相关不利问题，同时科研人员进一步研究了在SOFC运行条件下的免烧结电极/电解质界面形成和反应现象。简要回顾了在SOFC运行条件下具有电子导电La0.8Sr0.2MnO3和混合离子和电子导电的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ免烧结钙钛矿电极与YSZ和掺钆氧化铈(GDC)电解质之间的极化、表面偏析和界面形成的基本原理和内在联系等的研究进展。明晰并理解电极/电解质界面的基本原理对于开发高性能和耐用的SOFC技术具有普遍且重要的意义。