Ni doped La_(0.6)Sr_(0.4)FeO_(3-δ) symmetrical electrode for solid oxide fuel cells  

一种高活性Ni掺杂La_(0.6)Sr_(0.4)FeO_(3-δ)作为碳基燃料固体氧化物燃料电池对称电极（英文）

作　　者：马朝晖[1] 孙春文[1,2] 马超[3] 吴昊[4] 占忠亮[4] 陈立泉[1] 

机构地区：[1]中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室,北京100190 [2]中国科学院北京纳米能源与系统研究所国家纳米科学中心,北京100083 [3]中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室,安徽合肥230026 [4]中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院能量转换材料重点实验室,上海200050

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2016年第8期1347-1353,共7页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (51372271,51172275);the National Basic Research Program of China (973 Program,2012CB215402)~~

摘　　要：The conventional Ni cermet anode suffers from severe carbon deposition and sulfur poisoning when fossil fuels are used. Alternative anode materials are desired for high performance hydrocarbon fuel solid oxide fuel cells （SOFCs）. We report the rational design of a very active Ni doped La0.6Sr0.4FeO3‐δ（LSFN） electrode for hydrocarbon fuel SOFCs. Homogeneously dispersed Ni‐Fe alloy nanoparticles were in situ extruded onto the surface of the LSFN particles during the operation of the cell. Sym‐metric SOFC single cells were prepared by impregnating a LSFN precursor solution onto a YSZ （yt‐tria stabilized zirconia） monolithic cell with a subsequent heat treatment. The open circuit voltage of the LSFN symmetric cell reached 1.18 and 1.0 V in humidified C3H8 and CH4 at 750？？, respective‐ly. The peak power densities of the cells were 400 and 230 mW/cm2 in humidified C3H8 and CH4, respectively. The electrode showed good stability in long term testing, which revealed LSFN has good catalytic activity for hydrocarbon fuel oxidation.固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种在中高温下可以直接将储存在燃料中的化学能转换成电能的全固态电化学反应装置.因其具有能量转换效率高、环境友好、全固态结构以及可以使用碳氢化合物燃料等优点,近年来受到了广泛的关注.在诸多电极材料当中,Ni基金属陶瓷是SOFCs中最常使用的阳极材料,这是由于金属Ni具有优良的电子电导和催化性能.然而当使用碳基化合物燃料时,传统的Ni金属陶瓷阳极材料面临严重的积碳、Ni颗粒长大以及硫中毒等问题.这些问题不仅会影响SOFCs的寿命,而且还会严重地降低SOFC的商业化进程.因此,开发具有高催化活性、抗积碳的阳极材料对碳氢化合物为燃料的固体氧化物燃料电池的发展至关重要.与金属基阳极相比,氧化物阳极的热膨胀系数与电解质材料更匹配,性能的可调控性更强.铁酸锶镧(LSF)是一种分子式为ABO_3的钙钛矿结构的氧化物,在高温下具有较高的电子电导率.据报道LSF作为阴极材料时,表现出了良好的性能.但是LSF作为阳极材料时,却存在着催化性能不足的问题.我们研究了Ni掺杂的La_(0.6)Sr_(0.4)FeO_(3-δ)(LSFN),以提高其作为SOFCs阳极材料的催化性能.同时采用将LSFN在SOFC工作气氛下原位还原的方法,在LSFN颗粒表面原位生长出分布均匀的纳米颗粒.透射电镜分析结果表明该偏析的颗粒为Ni-Fe合金.有报道显示,Ni-Fe合金对碳氢化合物氧化具有良好的催化活性,所以在LSFN颗粒表面生成这种合金颗粒有利于提高阳极材料的催化活性.对于Ni-Fe合金以均匀的纳米颗粒析出的原因,还有待进一步研究.为了研究LSFN作为SOFC电极材料的性能,我们采用浸渍法将LSFN前驱体溶液浸渍到氧化钇稳定氧化锆(YSZ)一体化电池的对称多孔骨架中,经过焙烧,得到了具有对称结构的SOFC单电池.所使用的YSZ一体化骨架为中间层薄而致密,两边厚而多孔的三层结构,

关 键 词：Solid oxide fuel cells Ni dopedLa0.6Sr0.4FeO3-δ Symmetrical electrode Hydrocarbon fuels 

分 类 号：O643.36[理学—物理化学] TM911.4[理学—化学]