高活性抗CO2中毒中溫固體氧化物燃料電池陰極

ZHU Zhonghua

(School of Chemical Engineering,The University of Queensland,Brisbane QLD 4072,Australia)

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高活性抗CO2中毒中溫固體氧化物燃料電池陰極

ZHU Zhonghua

(School of Chemical Engineering,The University of Queensland,Brisbane QLD 4072,Australia)

［Highlight］

www.whxb.pku.edu.cn

過度開發(fā)和使用化石能源造成了目前世界能源短缺，并且導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)和利用經(jīng)濟(jì)、潔凈的新能源是21世紀(jì)世界能源科技的主題。固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效、清潔、環(huán)境友好、燃料選擇范圍寬廣的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)1。其中陰極材料是SOFC的一個(gè)重要組成部分，涉及氧還原反應(yīng)(ORR)過程，其性能的好壞直接影響電池的性能。

目前開發(fā)的一些經(jīng)典中溫(500－800°C)SOFC 陰 極 材 料 ， 如 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3－δ(BSCF)2、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3－δ(LSCF)3、PrBaCo2O5+δ(PBC)4等，雖然具有良好的ORR催化性能，但這些材料還存在一些關(guān)鍵性的問題，如：熱膨脹系數(shù)高、高溫下化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、與電解質(zhì)兼容性差、易CO2中毒等。抗CO2中毒能力對于在空氣中工作的陰極材料顯得尤為重要。CO2中毒會(huì)極大降低陰極材料的性能從而影響整個(gè)SOFC的長時(shí)間操作5。雖然近年來一些抗CO2中毒的策略被提出來，但是擁有完全抗CO2中毒能力的單一相結(jié)構(gòu)的SOFC陰極材料至今還未見報(bào)道。

最近，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周嵬教授和邵宗平教授等合成了具有奧里維里斯(Aurivillius)結(jié)構(gòu)的非鈷基氧化物Bi2Sr2Nb2MnO12－δ(BSNM)作為一種優(yōu)異的中溫SOFC陰極材料6。這種新型的陰極材料在中溫范圍內(nèi)不僅有良好的ORR催化性能，同時(shí)具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱匹配性、化學(xué)兼容性和很強(qiáng)的抗CO2中毒能力。這種材料還有望應(yīng)用在其它高溫裝置上，如：氧傳感器、透氧膜、氧泵等。該項(xiàng)工作為開發(fā)新型中高溫SOFC陰極材料提供了新的思路，拓展了奧里維里斯結(jié)構(gòu)材料的新應(yīng)用。相關(guān) 工 作 近 期 發(fā) 表 在 AngewandteChemie International Edition上6。題目為：An Aurivillius Oxide Based Cathode with Excellent CO2Tolerance for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells。

References

(1)Miao,N.Q.J.Am.Ceram.Soc.1993,76,563.doi:10.1111/ j.1151-2916.1993.tb03645.x

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(4)Kim,G.;Wang,S.;Jacobson,A.J.;Reimus,L.;Brodersen,P.; Mims,C.A.J.Mater.Chem.2007,17,2500.doi:10.1039/ B618345J

(5)Zhou,W.;Liang,F.L.;Shao,Z.P.;Zhu,Z.H.Sci.Rep.2012,2, 327.doi:10.1038/srep00327

(6)Zhu,Y.L.;Zhou,W.;Chen,Y.B.;Shao,Z.P.Angew.Chem.Int. Ed.2016,doi:10.1002/anie.201604160

10.3866/PKU.WHXB201607201