Co、Ni、Fe掺杂有效提升PrBaMn2O5+δ阳极材料的催化活性

• Published in: 应用化学 Vol. 39; no. 10; pp. 1543 - 1553
• Main Authors: 唐雅薇, 徐兰兰, 刘孝娟
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用国家重点实验室,长春130022 2022; 中国科学技术大学,合肥230026%中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用国家重点实验室,长春130022
• Subjects: 固体氧化物燃料电池; 元素掺杂; 表面氧空位; 阳极
• ISSN: 1000-0518
• DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.220048

O643.3; 开发高效的阳极材料对实现固体氧化物燃料电池(SOFC)大规模商业化起着至关重要的作用.基于组分工程设计思想,以Pr0.5Ba0.5MnO3-δ为基质,通过B位过渡金属元素掺杂,在还原条件下合成了PrBaMn1.6X0.4O5+δ(PBMX,X=Co,Ni,Fe)系列层状钙钛矿阳极材料,系统探究了不同过渡金属元素掺杂对PrBaMn2O5+δ(PBMO)的微观结构以及电化学性能的影响,并分析了 A位缺陷对PBMX阳极材料的性能提升作用.结果表明,Co、Ni的掺杂效果明显优于Fe的掺杂,PrBaMn1.6Co0.4O5+δ(PBMC)和PrBaMn1.6Ni0 4O5,5(PBMN)在还原过程中会产生更多的氧空位,材料的电化学性能更优.其中,PBMC作为阳极材料具有最高的催化活性,在H2的还原条件下,800℃时,其对称电池的界面极化电阻为0.170 Ω·cm2,并且在以H2作为燃料气的条件下全电池输出874 mW/cm2的最大功率密度.分析结果表明,掺杂过渡金属对电化学活性的提升源于其对H2还原条件下表面粗糙度的增强及氧空位浓度的增加.此外,进一步引人A位缺陷后,可以得到催化活性更高的Pr0.6BaMn1.6X0 4O5+S(P0.6BMX,X=Co,Ni,Fe)阳极材料,其中,800℃的测试温度下,P0.6BMC的界面极化电阻仅为0.090 Ω·cm2,全电池输出的最大功率密度为952 mW/cm2.