高性能SOFC薄膜氧电极La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95的制备及性能评估

作者：王章苇; 罗凌虹^*; 程亮; 王乐莹; 徐序; 余剑锋; 刘邵帅; 张双双

来源：陶瓷学报, 2023, 44(04): 751-760.

DOI：10.13957/j.cnki.tcxb.2023.04.016

• SOFC
• La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95
• 氧电极厚度
• 电化学性能

使用对称氧电极电池研究了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95氧电极厚度与其电化学性能间的依赖关系。使用电化学阻抗谱测试方法在开路电压条件下测试了厚度为5μm～22μm的氧电极的电化学阻抗谱。同样制备并测试了不同厚度氧电极的燃料极支撑纽扣电池的电化学阻抗谱和循环伏安曲线。结果表明，随着氧电极厚度的变化，总极化阻抗Rp也随之变化。总极化阻抗来源于氧离子传输、氧表面交换和氧气的扩散过程；解析不同过程的阻抗可以发现，高频的氧离子传输过程与氧电极厚度的依赖性较弱；而氧表面交换过程和氧气的扩散过程与氧电极的依赖性强。通过优化氧电极的厚度能够优化氧电极的电化学性能；当氧电极为12μm时，其阻抗值达到最小值；750℃为0.034Ω·cm2。基于此，在800℃、燃料气为3vol.%H2O+97vol.%H2条件下，燃料极支撑纽扣电池(NiO-YSZ||YSZ||20GDC||LSCF-10GDC)的最大功率密度达到1098 mW·cm-2。由于所获得电池氧电极的最优厚度仅为目前同类电池氧电极厚度的约一半，提出可商业化电池的“高性能薄膜氧电极”概念。

• 单位
  景德镇陶瓷大学; 国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心