催化学报

催化学报 ›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (2): 95-103.

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中温固体氧化物燃料电池Sc掺杂锰酸锶镧阴极材料

岳响玲1,2,柳林1,张敏1,2,杨敏1,2,董永来1,程谟杰1   

  1. 1 中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁大连 116023; 2 中国科学院研究生院, 北京 100049
  • 收稿日期:2009-02-25 出版日期:2009-02-25 发布日期:2012-11-21

Scandium-Doped La0.8Sr0.2MnO3-δCathode Materials for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells

YUE Xiangling1,2, LIU Lin1, ZHANG Min1,2, YANG Min1,2, DONG Yonglai1, CHENG Mojie1*   

  1. 1 Dalian Institute of Chemical Physics, The Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China; 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2009-02-25 Online:2009-02-25 Published:2012-11-21

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摘要： 采用改进的柠檬酸法合成了Sc掺杂的锰酸锶镧(LSM)材料(LSMS), 即La0.8Sr0.2Mn1-xScxO3±δ(简写为LSMSx, x=0, 0.02, 0.05和0.1)复合氧化物. 采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)及电化学方法分别对合成材料的结构、还原行为及以LSMSx-YSZ(即LSMSx与8%Y2O3掺杂的ZrO2复合物)为阴极的中温固体氧化物燃料电池的性能进行了表征. XRD结果表明,在焙烧温度900 ℃、Sc掺杂量较低(x<0.1)时LSMS材料能形成纯钙钛矿结构,随着掺杂量和焙烧温度提高, LSMS发生了不同程度的Sc2O3偏析现象. H2-TPR结果表明,焙烧温度对材料还原峰的形状和温度影响较大. 由于Sc的掺杂以及Sc2O3的析出在样品结构中引入了结构缺陷,提高了LSMS中Mn4+和氧空位的浓度,加快了体相氧的迁移,改善了材料的还原性. 但是随着Sc含量和焙烧温度提高, Sc掺杂对样品的还原活性改善不明显,这是由于Sc2O3偏析量增加引起的. 电化学方法表征结果表明, LSMSx-YSZ复合阴极电池性能受Sc掺杂量、操作温度及阴极焙烧温度的影响. 在本研究的掺杂范围内, Sc的掺杂显著提高了LSM基阴极低温操作的性能. 这主要是由于Sc掺杂LSMS-YSZ复合阴极中氧空位的数目增加,导致阴极对氧还原反应的电化学活性提高,改善了LSM基阴极由于氧空位不足引起低温下极化损失严重的问题.

关键词: 中温固体氧化物燃料电池, 钪, 锰酸锶镧, 复合阴极材料, 氧化钪, 氧空位

Abstract: The Sc-doped LSM (La0.8Sr0.2Mn1-xScxO3-δ , x=0, 0.02, 0.05, and 0.1) as cathode materials for intermediate-tempera ture solid oxide fuel cells was synthesized using a modified Pechini method. The Sc -doped LSM-YSZ composite cathodes showed higher performance than the LSM-YSZ composite cathode at low operating temperatu re, which is primarily ascribed to the increase in the oxygen anionic vacancies resulted from the Sc partial substitution for Mn sites.

Key words: intermediate-temperature solid oxide fuel cell, scandium, La0.8Sr0.2MnO3-δ, composite cathode material, scandiumoxide, oxygen vacancy