La/Zn改性BaFeO_3-δ钙钛矿氧化物用作质子陶瓷燃料电池阴极

【作者】 王振； 贺天民；

【机构】 吉林大学物理学院先进电池物理与技术教育部重点实验室；

【摘要】 氢能的高效利用,有助于"碳达峰、碳中和"这一目标的有效实现。质子陶瓷燃料电池（Protonic Ceramic Fuel Cell,PCFC）是一种直接使用氢能发电而不产生任何碳排放的器件,同时具有能量转化效率高及燃料适应性强等优点。当前PCFC的发展进程受到阴极缓慢的氧还原反应（ORR）动力学的极大限制。在阴极的体相中引入质子导电功能可以增加阴极的活性位点,是提高阴极ORR的核心手段,近年来引起了研究者们的重点关注。具备质子导电性质的Ba_0.95La_0.05Fe_0.8Zn_0.2O_3-δ（BLFZ）具有立方钙钛矿结构^[1],并且与BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ（BZCYYb）电解质具有良好的化学相容性。在30℃–1000℃下,BLFZ的平均热膨胀系数为20.4×10^-6K^-1。由于水的引入,600℃下BLFZ的极化电阻（R_p）从干空气中的2.072Ωcm²降低到的湿（3%H₂O）空气中的1.334Ωcm²。根据对阻抗谱采用弛豫时间分布（DRT）分析,明确了质子扩散和结合到电解质晶格中是650℃以上电池反应的限速步骤,而氧结合到晶格中和质子体扩散到三相界面是650℃以下电池反应的限速步骤^[2]。基于BLFZ–30wt.%BZCYYb复合阴极的单电池在700℃时的100h稳定性测试中表现出良好的稳定性。更多还原