固体氧化物电池电极制备与结构和性能的优化

作者：杨成浩

来源：稀土元素镧铈钇应用研究研讨会暨广东省稀土产业技术联盟成立大会, 中国广东广州, 2019-11-15.

DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.015077

• 固体氧化物电池
• 多孔电极
• 致密电解质
• 电化学性能

近年来,高效、洁净、全固态结构、高温运行的可逆固体氧化物电池（Reversible solid oxide cells,SOCs）引起广泛的研究兴趣,是目前发展最快的能源技术之一。这主要是固体氧化物电池既可在燃料电池的模式下工作将碳氢燃料中的化学能直接高效转化成电能,又能在电解池的模式下工作将水高效电解制备高纯氢气（H2）[1]。固体氧化物电池单体电池由致密的电解质和多孔的阳极、阴极组成。传统的固体氧化物电池制备方法是将多孔的((La0.75Sr0.25)0.95MnO3 （LSM）-YSZ （8 mol.%氧化钇稳定氧化锆）阴极薄膜烧结在致密的YSZ电解质薄膜上。因此,如何进一步降低多孔LSM-YSZ阴极与致密YSZ电解质之间的欧姆阻抗和多孔电极中的极化阻抗,是进一步提高其电化学性能的关键。因此,我们用浸渍的方法制备了LSM-YSZ/YSZ/Ni-YSZ纽扣电池LSM-YSZ薄膜,如图1a所示。制备的LSM-YSZ/YSZ/Ni-YSZ固体氧化物电池的界面电阻（area specific resistence,ASR）在800和900℃时分别为0.48和0.2Ωcm2（图1b1）.同时,在900℃和30,50,70 and 80 vol.%绝对湿度（Absolute humidity,AH）的条件下分别测试了LSM-YSZ/YSZ/Ni-YSZ固体氧化物电池的电压-电流密度曲线（图1b2）。如图所示,在电解池的模式下工作室,900℃和1.3V的工作电压下电池的电流密度随着电解气体的绝对湿度的增加而升高,通入气体的绝对湿度达到80 vol.%,达到1.82 A/cm2。这表明,我们利用浸渍工艺制备的LSM-YSZ/YSZ/Ni-YSZ固体氧化物电池表现出优异的电化学性能。

• 单位
  华南理工大学