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SOFC阳极 吸附/脱附 (1) (2) 表面反应 界面反应 P. P.Holatppels 提出的机理模型 阳极反应机理模型 (3) (4) (5) (6) 稳定性　在氧化气氛中具有足够的化学稳定性，形貌、 微观结构、尺寸等在电池长期运行过程中不能发生明显变化。 电导率　足够高的电子电导率，以降低阴极的欧姆极；具有一定的离子导电能力，以利于氧化还原产物向电解质的传递。 4.5.4 SOFC阴极 阴极：氧化剂还原的场所，同时为氧化剂输入及输出提供气体通道。 SOFC对阴极的要求 催化活性　工作温度下，对氧化还原反应具有足够高的催化活性，以降低阴极电化学极化的过电位，提高电池的输出性能。 相容性　在SOFC制备和操作温度下与电解质材料、连接材料或双极板材料与密封材料化学上相容 热膨胀系数　室温至SOFC操作温度或更高的制备温度范围内与其他电池材料热膨胀系数相匹配 多孔性　SOFC的阴极必须具有足够的孔隙率，以确保活性位上氧气的供应。 SOFC对阴极的要求 4.5.4 SOFC阴极 SOFC阴极材料类型 4.5.4 SOFC阴极 Sr掺杂的LaMnO3(LSM) LSM在氧化气氛中具有良好的电子电导率高和与YSZ的良好的YSZ化学相容性;通过修饰可以调整其热膨胀系数，使之与其他电池材料相匹配。 钙钛矿结构 Mn和O离子构成MnO6八面体结构 八个MnO6共用Ｏ离子分布于立方体的八个顶点上。 Ｌａ离子位于立方体的中心。 SOFC阴极材料类型 4.5.4 SOFC阴极 Sr掺杂的LaMnO3(LSM) a) 固相反应法 b) 溶胶-凝胶法 c) 共沉淀-共沸蒸馏法 导电性能：LaMnO3为本征半导体，电导率很低。 室温：LaMnO3的电导率10-4Ω-1cm-1， 700℃：0.1Ω-1cm-1Ａ位和Ｂ位掺杂地低价态的金属离子，会使材料的电导率大幅度提高。在LSM中是掺杂SrO代替了部分La2O3，Mn4+＋含量增加，从而提高材料的电子导电率。 化学相容性：LSM与其他电池材料的热膨胀系数的匹配性，掺杂Sr可以增加LaMnO3的热膨胀系数，且随着掺杂量的增加LSM热膨胀系数增大。　　　 SOFC阴极材料类型 4.5.4 SOFC阴极 LSM性质 LaSmCo：高的离子导电性和足够高的电子导电性，LSC以SDC为电解质的SOFC作为阴极材料有很高活性。但是LSC高温下会与YSZ发生反，而不能作为以YSZ为电解质SOFC的阴极。 LSCF：电导率随Fe掺杂量的增加而下降，电导率峰值产生的温度也从200℃升高到920℃。La：Sr比例对材料的性能也有较大影响。ｘ=0.4时LSCF峰值电导率达到350S/cm而对ｘ=0.2时，电导率的峰值为160S/cm BaSrFeAl BaSrCoFe SOFC阴极材料类型 4.5.4 SOFC阴极 其他阴极材料 SOFC阴极 阴极氧还原反应机理模型 具体步骤的方程表示如下： 1/2O2 → Oad Oad + e- → Oad- Oad- → OTPB- OTPB-+e- + → O 无论电子导体和混合离子导体，三相反应区是反应的主要发生场所 4.5.5 SOFC密封技术及连接体 粘结性： 与SOFC其他各组元材料之间要有很好的结合性能，在封接过程中通过局部反应形成强化学键合，并且在室温到工作温度范围内，这种结合不被破坏。 稳定性： 在氧化和还原环境中，从室温到工作温度范围内，化学性质稳定，无明显的性能衰减和外形尺寸变化。 相容性 工作条件下与其它组元材料化学兼容而不发生反应；要求封接材料能够适应燃料气中一些杂质污染。 气密性： 室温到操作温度下，都不允许燃料气和氧气泄漏。 其它 易加工、有操作性好、成本低等。 SOFC密封材料要求 4.5.5 SOFC密封技术及连接体 SOFC密封材料类型 硬密封方式： 导电胶或Al2O3掺杂的导电胶；硅酸盐玻璃系列，各种密封胶。 软密封： 云母、纤维等材料复合压实密封 其他密封材料：技术必威体育官网网址，目前没有比较统一实用的技术。 4.5.5 SOFC密封技术及连接体 SOFC连接体 材质：SUS430合金 表面处理防止高温氧化 单体 与电池其他部件的化学相容性：热膨胀系数匹配、不发生有害的扩散反应。 高温下抗氧化性良好 导电性好，兼做电流收集 气道分布均匀，设计要求严格，不漏气。 4.5.6 SOFC电池制备 电极及电解质粉体制备 Ni-YSZ /YSZ/LSM体系SOFC电池 NiO、YSZ、LSM等粉体制备：固相法、共沉淀、溶胶凝胶、共沸蒸馏等方法 制备条件，干燥条件、煅烧条件对粉体粒度和形貌的影响 粉体粒度形貌对其性能影响较大。 制备Ni-YS