固體氧化物燃料電池(SOFC)作為一種高效的能量轉(zhuǎn)化裝置,其成功應(yīng)用將有效地節(jié)約能源和降低能源利用過程中環(huán)境污染物的排放,對人類社會的可持續(xù)發(fā)展意義重大。電池系統(tǒng)工作溫度的降低可加快商品化的步伐,而其關(guān)鍵在于開發(fā)高性能的陰極材料。
目前已長期廣泛使用且技術(shù)上最為成熟的陰極材料是摻鍶的錳酸鑭(La1-xSrxMnO3, LSM),但LSM的最佳使用溫度在850℃,隨著SOFC工作溫度的降低,由于缺乏離子電導(dǎo)能力, LSM陰極的電極催化局限在三相界面(threephase boundary, TPB),其電化學(xué)催化活性急劇降低,限制了它在中溫SOFC中的應(yīng)用。而鐵摻雜的鈷酸鑭類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料(La1-xSrxCo1-yFeyO3,LSCF)通過擴展TPB或延伸反應(yīng)區(qū)可有效降低活化極化,并且在較低溫度下表現(xiàn)出較好的催化性能,是最具應(yīng)用潛力的陰極材料。
中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所燃料電池與能源技術(shù)事業(yè)部生產(chǎn)的以LSCF為陰極的陽極支撐電池性能最近取得了顯著提高。通過對電池生產(chǎn)工藝的優(yōu)化以及測試方式的改進,目前在800℃時,0.8V下的單片電池放電電流可達到72A,單片電池功率超過57W,功率密度達到0.88W/cm2,燃料利用率Fu大于62%;在750℃時,0.75V下的單片電池放電電流可達到70A,單片電池功率超過50W,功率密度達到0.8W/cm2,燃料利用率Fu大于50%,電池測試的有效面積為64cm2。對電池進行了電化學(xué)阻抗測試,800℃測試阻抗值為2.300mΩ,750℃為3.453mΩ,數(shù)值均很小,接近理論計算值,說明電池各層的接觸非常好。