徐晗 张璐

(西安交通大学建筑环境与能源应用工程系, 西安 710049)

1 引 言

高温运行条件(800—1000 ℃)赋予固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)发电效率高、污染物排放低以及燃料适用性广等优势, 同时也导致了电池成本高与耐久性差等一系列限制SOFC商业化的技术瓶颈, 因此运行条件中低温化(＜ 700 ℃)已成为SOFC商业化的必经之路.然而运行温度的降低显著影响SOFC电极与电解质中的传输与反应过程, 进而增大极化阻抗, 导致电池电化学性能以指数规律下降.薄膜电解质技术的快速发展显著地降低了电解质欧姆阻抗, 因此, 如何有效地降低电极极化阻抗已成为中低温SOFC发展的关键瓶颈[1,2].

在电极材料中加入电解质材料形成复合电极,可显著地增加电子导体相、离子导体相与气相接触形成的三相界面(three phase boundary, TPB)面积, 有效地降低整个电极电化学反应引发的活化极化阻抗; 同时, TPB也为电子导体与离子导体两相材料组成的异质界面, 可诱发空间电荷层(space charge layer, SCL)效应[3,4]: 带电点缺陷聚集使得异质界面带正电, 同时电荷守恒原理导致异质界面附近形成带负电的空间电荷层.带电点缺陷的重新分布可使得TPB附近局部载流子浓度显著区别于导体体相浓度, 改变界面附近电荷传输能力, 进而促进TPB处电化学反应动力学, 降低反应活化极化阻抗.尤其对于界面体积占比高的纳米复合电极, SCL效应的影响更为显著, 例如文献[5]实验研究发现电子导体纳米薄膜修饰可显著提升阴极性能, 而这与薄膜覆……