杨永青, 肖 静, 刘会栋, 黄端平, 徐 庆

武汉理工大学 材料科学与工程学院, 武汉430070



Sm1-xSrxFe0.7Cr0.3O3-δ陶瓷的导电性能与热膨胀性能

杨永青, 肖 静, 刘会栋, 黄端平, 徐 庆

武汉理工大学 材料科学与工程学院, 武汉430070

摘 要：本文探讨了采用离子半径较小的Sm3+代替La0.3Sr0.7Fe1-xCrxO3-δ中的La3+以降低这类阴极材料热膨胀系数的可行性。采用甘氨酸-硝酸盐法合成了Sm1-xSrxFe0.7Cr0.3O3-δ(x = 0.5～0.7) 粉体, 在1350°C下烧结得到陶瓷样品。测试结果表明, 陶瓷样品的相对密度均达到95% 以上；在700°C下, 陶瓷样品的电导率为～44 S·cm-1；在40°C～1000°C温度范围内, 陶瓷样品的平均热膨胀系数为12.8 × 10-6K-1～14.1 × 10-6K-1。

关键词：甘氨酸-硝酸盐法；阴极材料；电导率；热膨胀系数

固体氧化物燃料电池 (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) 是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的电化学装置, 具有能量的综合转化效率高、燃料适应性强和运行无污染的优点[1]。目前,将工作温度降低至中温范围 (600°C～800°C) 是SOFC技术的一个重要发展方向。工作温度的降低可以避免高的运行温度引起的诸多技术、经济问题, 如电池材料的选择受限、电池系统的密封困难、运行成本昂贵等[2,3]。然而, 工作温度的降低会使得阴极材料的催化活性降低, 阴极的极化电阻明显增加[4]。因此, 高性能的阴极材料是发展中温SOFC技术的关键材料。

长期以来, 中温SOFC阴极材料的研究主要集中在钙钛矿结构的电子-离子混合导体上。其中, 以La1-xSrxCo1-yFeyO3[5,6]、Ba1-xSrxCoyFe1-yO3-δ[7]、Sm1-xSrxCoO3-δ[8]等为代表的Co基钙钛矿体系具有优异的氧交换系数、氧扩散系数和对氧还原的催化活性, 一直被认为是很有希望的中温SOFC阴极的候选材料。但是, Co基钙钛矿体系却普遍存在着热膨胀系数过高 (Co易氧化还原) 和在阴极实际工作条件下结构稳定性较差 (Co易蒸发和被还原) 的不足, 不利于SOFC的长期运行稳定性[9,10]。……