稀土氧化物新型陶瓷燃料电池

【作者】 朱斌； 杨帆； 黄建兵；

【机构】 东南大学能源和环境学院江苏省太阳能科学与技术重点实验室和东南大学联合储能中心； 西安交通大学多相流动力工程国家重点实验室；

【摘要】 传统的稀土元素掺杂氧化铈,例如钆或钐掺杂氧化铈得到的氧离子导体是发展中温(600-800°C)固体氧化物电池(SOFC)电解质的选择[1,2],但是其本身在燃料电池操作中产生Ce4+到Ce3+的还原引起的电子导电限制其应用[3,4]。为了发展新型稀土陶瓷燃料电池(Re-CFC),我们发展了多种稀土氧化物,如氧化镧,氧化钐,氧化钆,氧化钇,氧化铕,氧化钕,以及不掺杂的氧化铈,这些具有半导体特性的稀土氧化物取代传统的离子掺杂氧化铈电解质[5,6];同时,为了克服氧化铈的电子传导,我们构建多种氧化铈的异质复合材料,解决了电子导电问题,同时增强离子电导率[7,8]。这些新型稀土基隔膜取代传统掺杂氧化铈电解质可以在500°C获得1000 m W/cm2。对应的离子电导率超过0.1 S/cm。而传统掺杂氧化铈的离子电导率在此温度下只有10-2 S/cm级别。并发现新型稀土氧化物和异质复合材料在低温(500°C以下)是质子传导为主,特别是氧化钐和不掺杂的氧化铈以及工业稀土LCP (La-Ce-Pr混合稀土)[5,9]。进一步对稀土氧化物的半导体特性,电子态,能带弯曲和异质结构与离子输运的关系以及质子传导机制进行了研究,并发展低温柔性陶瓷隔膜,为进一步工业化和商业化稀土氧化物新型陶瓷燃料电池提供技术支持。更多还原