【摘 要】
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固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效环保的新型发电技术,可以高效地将化学能转化为电能,因此受到海内外研究者的广泛关注。本论文基于具有良好催化活性的铁酸锶基钙钛矿阴极材料SrFe O3-δ为研究对象,针对其作为SOFC阴极时稳定性差、热膨胀系数（TEC）高及电池性能较差等问题,分别采用Cu、Cu和Ti以及Cu和Nb部分取代其B位Fe元素的方法对其结构进行修饰,稳定了材料的立方相结构,改善了阴极稳
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固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效环保的新型发电技术,可以高效地将化学能转化为电能,因此受到海内外研究者的广泛关注。本论文基于具有良好催化活性的铁酸锶基钙钛矿阴极材料SrFe O3-δ为研究对象,针对其作为SOFC阴极时稳定性差、热膨胀系数（TEC）高及电池性能较差等问题,分别采用Cu、Cu和Ti以及Cu和Nb部分取代其B位Fe元素的方法对其结构进行修饰,稳定了材料的立方相结构,改善了阴极稳定性,降低了TEC,提高了氧还原反应（ORR）催化活性,提升了其作为单电池阴极材料的电化学性能。采用固相法合成了Cu掺杂单钛矿阴极材料SrFe1-xCuxO3-δ（x=0.1–0.4;SFCx）。XRD结果表明,样品经1000 ℃烧结10 h后具有立方单钙钛矿结构。Cu掺杂增加了氧空位浓度,随着Cu掺杂量的增加,SFCx的导电性能呈现先增加后降低的特性。例如:700 ℃时,界面阻抗（ASR）由0.236Ωcm~2（x=0）降低至0.156Ωcm~2（x=0.2）;x=0.2的样品作为阴极组装单电池后表现出系列中最大功率密度（MPD）,800 ℃下达到625 m W cm–2。基于SFCx良好的电化学性能,采用固相反应法制备出了B位Cu和Ti共掺杂的SrFe0.7Cu0.2Ti0.1O3-δ（SFCT）单钙钛矿阴极材料。SEM结果表明,引入Ti掺杂改善了材料的烧结性能,降低了材料的热膨胀系数,样品TEC仅为13.8×10–6K–1。Ti4+的引入有效提升了材料的氧化还原稳定性,800℃时阴极的ASR和MPD分别为0.037Ωcm~2和785 m W cm–2。通过制备SFCT-xGDC（x=10,20,30,40）复合阴极材料,进一步对其及电化学性能进行优化,结果表明最佳复合比例的SFCT-20GDC的复合阴极材料在800 ℃时具有最低的阻抗与最佳的单电池性能,分别为为0.032Ωcm~2和756 m W cm–2。采用固相反应法制备了Cu和Nb共掺杂的SrFe0.7Cu0.2Nb0.1O3-δ（SFCN）阴极材料。样品最大电导率值为123 S cm-1（550℃）,对比SFCT的样品有所提升。Cu和Nb共掺杂有效改善了材料的电化学性能,进一步提升了材料的稳定性,800℃时SFCN阴极的ASR为0.029Ωcm~2。测试了SFCN在不同氧分压下的阴极阻抗,结果表明随着氧含量的增加,阴极的ORR催化活性随之增强,Cu和Nb的共掺杂产生的协同效应极大地提高了其作为阴极的单电池性能。同样制备了SFCN-xGDC（x=10,20,30,40）复合阴极材料,最佳复合比例的SFCN-30GDC复合阴极在800℃时,MPD达到了1021 m W cm–2。
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