胶体晶体模板法制备SOFC有序纳米阴极及机理研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁的电化学能量转换装置。其中氧还原反应机理的研究能够为电极材料开发，优化电极微观结构设计，提供理论依据，具有重要的理论意义和应用价值，该领域的研究一直是国际SOFC的研究热点。目前人们对氧还原反应机理的认识存在较多的分歧，已成为影响SOFC快速发展的关键制约性因素之一，其主要原因是由于氧还原反应过程与电极微结构的依赖性很强，采用传统方法制备的阴极难以控制其微结构，不能够消除由于微结构复杂性给机理研究带来的困惑。本课题拟采用胶体晶体作为模板制备有序多孔纳米阴极，这种方法得到的阴极具有微结构可控的特点，为研究氧还原反应机理创造了必要的前提基础。实验中将综合运用交流阻抗、线性极化等多种电化学研究手段，深入研究氧还原反应的机理。此项工作对于揭示SOFC氧还原反应机理，有效指导电极材料开发、优化电极微结构设计具有重要的理论意义及应用前景。

中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)可以有效地缓解高温电池长期运行所带来的稳定性和寿命下降问题，是目前SOFC领域的主要研究方向。但是，电池工作温度的降低导致阴极材料的催化活性下降，成为SOFC中温化亟待解决的关键瓶颈技术。为了解决这一问题，优化阴极的微观结构是提高阴极在中温下电催化活性的重要手段。本研究工作采用模板法制备了有序多孔的复合阴极，借助快速烧结手段，得到3-DOM结构的LSM/YSZ复合阴极。与常规结构的LSM/YSZ复合阴极相比，中温下阴极的极化电阻大大降低。通过模板法制备的三维有序复合阴极热稳定性高。研究发现，所制备的纳米复合阴极由于连续的网络结构使三维有序LSM/YSZ复合阴极具有快速的离子、电子传导，使其电化学行为更加类似于混合离子电子导体，而与传统结构的LSM/YSZ阴极的反应机制有所不同。上述研究成果发表SCI论文5篇,获黑龙江省自然科学一等奖1项。