通过溅射与退火制备的用于固体氧化物燃料电池的氧化钆掺杂氧化铈电解质隔层

doi:10.1016/S1872-2067(14)60137-6

催化学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (8): 1376-1384.DOI: 10.1016/S1872-2067(14)60137-6

通过溅射与退火制备的用于固体氧化物燃料电池的氧化钆掺杂氧化铈电解质隔层

武卫明^a,b, 刘中波^a,b, 赵哲^a, 张小敏^a,b, 区定容^a, 涂宝峰^a, 崔大安^a, 程谟杰^a

a. 中国科学院大连化学物理研究所清洁能源国家实验室(筹)燃料电池研究部, 辽宁大连 116023;
b. 中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2014-03-28 修回日期:2014-05-09 出版日期:2014-08-01 发布日期:2014-08-05
通讯作者: 程谟杰
基金资助:
国家重点基础研究发展计划（973计划，2010CB732302，2012CB215500）；国家高技术研究发展计划（863计划，2011AA050704）；国家自然科学基金（21376238，21306189，51101146）.

Gadolinia-doped ceria barrier layer produced by sputtering and annealing for anode-supported solid oxide fuel cells

Weiming Wu^a,b, Zhongbo Liu^a,b, Zhe Zhao^a, Xiaomin Zhang^a,b, Dingrong Ou^a, Baofeng Tu^a, Da'an Cui^a, Mojie Cheng^a

a. Division of Fuel Cells, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;
b. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2014-03-28 Revised:2014-05-09 Online:2014-08-01 Published:2014-08-05
Supported by:
This work was supported by the National Basic Research Program of China (973 Program, 2010CB732302, 2012CB215500), the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program, 2011AA050704), and the National Natural Science Foundation of China (21376238, 21306189, 51101146).

摘要/Abstract

摘要：

采用溅射或溅射与退火相结合的方法制备了一系列氧化钆掺杂的氧化铈（GDC）隔层，并考察了其对固体氧化燃料电池性能的影响. 结果表明，200 ℃下溅射获得了立方结构氧化钆掺杂的氧化铈均匀薄膜，在900-1100 ℃范围内的退火处理使得GDC薄膜致密，从而有效阻止了氧化钇掺杂的氧化锆电解质与阴极材料之间的反应，大幅度提高了电池的电化学性能.

关键词: 固体氧化物燃料电池, 稀土金属氧化物, 氧化钆掺杂的氧化铈, 隔层, 溅射, 退火

Abstract:

We prepared gadolinia-doped ceria (GDC) barrier layers by sputtering and annealing at various temperatures. We then investigated the effects of the GDC barrier layers on the performance of anode-supported solid oxide fuel cells. Sputtering at 200 ℃ readily produced a uniform, thin layer of cubic GDC. Sputtering and annealing at 900-1100 ℃ formed uniform, thin, dense films, which effectively prevented the reaction between the yttria-stabilized zirconia electrolyte and the Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ cathode. The single cells assembled with the thin, dense GDC barrier layers sputtered at 200 ℃ and annealed at 900-1000 ℃ exhibited excellent electrochemical performance.

Key words: Solid oxide fuel cell, Rare earth metal oxide, Gadolinia-doped ceria, Barrier layer, Sputtering, Annealing

武卫明, 刘中波, 赵哲, 张小敏, 区定容, 涂宝峰, 崔大安, 程谟杰. 通过溅射与退火制备的用于固体氧化物燃料电池的氧化钆掺杂氧化铈电解质隔层[J]. 催化学报, 2014, 35(8): 1376-1384.

Weiming Wu, Zhongbo Liu, Zhe Zhao, Xiaomin Zhang, Dingrong Ou, Baofeng Tu, Da'an Cui, Mojie Cheng. Gadolinia-doped ceria barrier layer produced by sputtering and annealing for anode-supported solid oxide fuel cells[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2014, 35(8): 1376-1384.

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参考文献

[1] Skinner S J. Fuel Cells Bull, 2001, 4: 6
[2] Tu H Y, Takeda Y, Imanishi N, Yamamoto O. Solid State Ionics, 1999, 117: 277
[3] Meng L, Wang F Z, Wang A, Pu J, Chi B, Li J. Chin J Catal (孟丽, 王方中, 王傲, 蒲健, 池波, 李箭. 催化学报), 2014, 35: 38
[4] Zhu Q S, Jin T A, Wang Y. Solid State Ionics, 2006, 177: 1199
[5] Duan Z S, Yang M, Yan A Y, Hou Z F, Dong Y L, Chong Y, Cheng M J, Yang W S. J Power Sources, 2006, 160: 57
[6] Nguyen T L, Kobayashi K, Honda T, Iimura Y, Kato K, Neghisi A, Nozaki K, Tappero F, Sasaki K, Shirahama H, Ota K, Dokiya M, Kato T. Solid State Ionics, 2004, 174: 163
[7] Jung H G, Sun Y K, Jung H Y, Park J S, Kim H R, Kim G H, Lee H W, Lee J H. Solid State Ionics, 2008, 179: 1535
[8] Shiono M, Kobayashi K, Nguyen T L, Hosoda K, Kato T, Ota K, Dokiya M. Solid State Ionics, 2004, 170: 1
[9] Mai A, Haanappel V A C, Tietz F, Stöver D. Solid State Ionics, 2006, 177: 2103
[10] Jordan N, Assenmacher W, Uhlenbruck S, Haanappel V A C, Buchkremer H P, Stöver D, Mader W. Solid State Ionics, 2008, 179: 919
[11] Uhlenbruck S, Jordan N, Sebold D, Buchkremer H P, Haanappel V A C, Stöver D. Thin Solid Films, 2007, 515: 4053
[12] Fonseca F C, Uhlenbruck S, Nédélec R, Sebold D, Buchkremer H P. J Electrochem Soc, 2010, 157: B1515
[13] Liu W, Li B, Liu H Q, Pan W. Electrochim Acta, 2011, 56: 8329
[14] Gong Y H, Ji W J, Zhang L, Li M, Xie B, Wang H Q, Jiang Y S, Song Y Z. J Power Sources, 2011, 196: 2768
[15] Chourashiya M G, Jadhav L D. Int J Hydrogen Energy, 2011, 36: 14984
[16] Nagata A, Okayama H. Vacuum, 2002, 66: 523
[17] Yang J J, Ma W H, Yu J, Chen X H, Xing J, Li R. J Rare Earths, 2013, 31: 582
[18] Mahata T, Das G, Mishra R K, Sharma B P. J Alloy Compd, 2005, 391: 129
[19] Zhou X D, Scarfino B, Anderson H U. Solid State Ionics, 2004, 175: 19
[20] Leng Y J, Chan S H, Khor K A, Jiang S P. Int J Hydrogen Energy, 2004, 29: 1025
[21] Wang Z W, Cheng M J, Dong Y L, Zhang M, Zhang H M. J Power Sources, 2006, 156: 306
[22] Liu B, Muroyama H, Matsui T, Tomida K, Kabata T, Eguchi K. J Electrochem Soc, 2010, 157: B1858
[23] Leonide A, Sonn V, Weber A, Ivers-Tiffée E. J Electrochem Soc, 2008, 155: B36

通过溅射与退火制备的用于固体氧化物燃料电池的氧化钆掺杂氧化铈电解质隔层

Gadolinia-doped ceria barrier layer produced by sputtering and annealing for anode-supported solid oxide fuel cells

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[1]	魏呵呵, 黎晓阳, 邓铂瀚, 郎嘉良, 黄雅, 华星宇, 乔奕达, 葛炳辉, 戈钧, 伍晖. Pd单原子/团簇高效催化铃木偶联反应[J]. 催化学报, 2022, 43(4): 1058-1065.
[2]	曹雪芹, 李晗芳, 李国然, 高学平. 磁控溅射法原位制备电催化活性的MoSe₂用于染料敏化太阳能电池对电极[J]. 催化学报, 2019, 40(9): 1360-1365.
[3]	马朝晖, 孙春文, 马超, 吴昊, 占忠亮, 陈立泉. 一种高活性Ni掺杂La_0.6Sr_0.4FeO_3-δ作为碳基燃料固体氧化物燃料电池对称电极[J]. 催化学报, 2016, 37(8): 1347-1353.
[4]	刘伟星, 赵哲, 涂宝峰, 崔大安, 区定容, 程谟杰. TiO₂修饰La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-_δ用于中温固体氧化物燃料电池的阴极[J]. 催化学报, 2015, 36(4): 502-508.
[5]	孟丽, 王方中, 王傲, 蒲健, 池波, 李箭. 固-溶法制备中温固体氧化物燃料电池高性能La_0.8Sr_0.2MnO₃-Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃阴极[J]. 催化学报, 2014, 35(1): 38-42.
[6]	张佳瑾, 李建伟, 朱吉钦, 王越, 陈标华. 助剂对 Cu-Mn 复合氧化物整体式催化剂催化低浓度甲烷燃烧反应性能的影响[J]. 催化学报, 2011, 32(8): 1380-1386.
[7]	洪博;张云;涂宝峰;程谟杰. 钐锶钴阴极/镧锶镓镁电解质界面的元素扩散[J]. 催化学报, 2009, 30(9): 919-925.
[8]	郭友敏;林野;时焕岗;冉然;邵宗平. 一种抗 CO2 中毒的高电化学性能质子导体电解质[J]. 催化学报, 2009, 30(6): 479-481.
[9]	王磊;曾少华;张丽娟;陈耀强;龚茂初. La0.75Sr0.25Mn1-xNixO3+δ材料的制备及其催化甲烷部分氧化性能[J]. 催化学报, 2009, 30(3): 247-253.
[10]	岳响玲;柳林;张敏;杨敏;董永来;程谟杰. 中温固体氧化物燃料电池Sc掺杂锰酸锶镧阴极材料[J]. 催化学报, 2009, 30(2): 95-103.
[11]	陈静;梁凤丽;刘丽娜;蒲健;池波;李箭. 固体氧化物燃料电池用(La,Sr)(Co,Fe)O3-δ阴极的制备及其电化学催化性能[J]. 催化学报, 2009, 30(2): 131-136.
[12]	刘斌;张云;涂宝峰;柳林;董永来;程谟杰. 中温固体氧化物燃料电池NiO/YSZ阳极的还原过程[J]. 催化学报, 2008, 29(10): 979-986.
[13]	张海洲;丛铀;杨维慎. CO2原位处理对Sm0.5Sr0.5CoO3-δ电催化剂性能的影响[J]. 催化学报, 2008, 29(1): 7-9.
[14]	张丽敏;丛铀;杨维慎;林励吾. 直接氨固体氧化物燃料电池[J]. 催化学报, 2007, 28(9): 749-751.
[15]	张文杰;朱圣龙;李瑛;王福会;何红波. 玻璃和石英基体上沉积的TiO2薄膜的光催化性能[J]. 催化学报, 2007, 28(3): 269-273.