Nat Commun：通过阴极层纳米工程实现具有出色功率密度的固体氧化物燃料电池

Nanoyu

2021-06-25

固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种高效的发电装置，被认为是缓解与化石燃料技术相关的能源和环境问题的有前途的替代途径。用于固体氧化物燃料电池电极的纳米工程已经成为一种显著提高电化学性能的通用工具，但这仍需要克服集成到适合广泛应用的实用型电池中所面临的问题。

近日，日本产业技术综合研究所（AIST）Katherine Develos-Bagarinao报道了实现了一种创新的电池结构，其核心是利用纳米工程阴极层，包括自组装的LSCF（镧锶钴铁氧体，La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3−δ）和GDC（氧化钆掺杂的二氧化铈，Ce_0.9Gd_0.1O_2−δ）纳米复合薄膜以及纳米孔LSC（La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ）薄膜。

文章要点

1）LSCF和GDC相在致密纳米复合材料中的纳米尺度分布提供了高界面密度和与底层GDC过渡层的良好附着力，从而起到了高效过渡层的作用，而LSC薄膜具有纳米孔、开放的结构，确保了氧还原反应的高比表面积。

2）研究人员展示了这种纳米工程阴极在商业上可行的Ni-YSZ（钇稳定的氧化锆）阳极负载型电池中的集成，并系统地研究了阴极结构中的各个层对电化学性能的影响。利用相对较薄的YSZ电解质与致密的GDC中间层相结合，有助于显著降低电池的欧姆电阻，从而与优异的阴极性能相辅相成。

3）实验结果显示，在优化的电池结构中，0.7 V下的高电流密度在650 °C和700 °C下分别达到2.2和~4.7 A/cm²，具有较好的电化学性能。这一结果表明，通过一种有效的纳米工程方法调整材料性能可以显著提高阴极的电化学性能，从而开发出具有高功率输出的下一代SOFCs。

参考文献

Develos-Bagarinao, K., Ishiyama, T., Kishimoto, H. et al. Nanoengineering of cathode layers for solid oxide fuel cells to achieve superior power densities. Nat Commun 12, 3979 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24255-w

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24255-w