高活性抗CO2中毒中温固体氧化物燃料电池阴极

ZHU Zhonghua

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



高活性抗CO2中毒中温固体氧化物燃料电池阴极

ZHU Zhonghua

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

［Highlight］

www.whxb.pku.edu.cn

过度开发和使用化石能源造成了目前世界能源短缺，并且导致了严重的环境污染。为了实现人类的可持续发展，开发和利用经济、洁净的新能源是21世纪世界能源科技的主题。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效、清洁、环境友好、燃料选择范围宽广的能源转换技术1。其中阴极材料是SOFC的一个重要组成部分，涉及氧还原反应(ORR)过程，其性能的好坏直接影响电池的性能。

目前开发的一些经典中温(500－800°C)SOFC 阴 极 材 料 ， 如 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3－δ(BSCF)2、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3－δ(LSCF)3、PrBaCo2O5+δ(PBC)4等，虽然具有良好的ORR催化性能，但这些材料还存在一些关键性的问题，如：热膨胀系数高、高温下化学和结构稳定性差、与电解质兼容性差、易CO2中毒等。抗CO2中毒能力对于在空气中工作的阴极材料显得尤为重要。CO2中毒会极大降低阴极材料的性能从而影响整个SOFC的长时间操作5。虽然近年来一些抗CO2中毒的策略被提出来，但是拥有完全抗CO2中毒能力的单一相结构的SOFC阴极材料至今还未见报道。

最近，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室周嵬教授和邵宗平教授等合成了具有奥里维里斯(Aurivillius)结构的非钴基氧化物Bi2Sr2Nb2MnO12－δ(BSNM)作为一种优异的中温SOFC阴极材料6。这种新型的阴极材料在中温范围内不仅有良好的ORR催化性能，同时具有优越的结构稳定性、热匹配性、化学兼容性和很强的抗CO2中毒能力。这种材料还有望应用在其它高温装置上，如：氧传感器、透氧膜、氧泵等。该项工作为开发新型中高温SOFC阴极材料提供了新的思路，拓展了奥里维里斯结构材料的新应用。相关 工 作 近 期 发 表 在 AngewandteChemie International Edition上6。题目为：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

(2)Shao,Z.P.;Haile,S.M.Nature 2004,431,170.doi:10.1038/ nature02863

(3)Perry Murray,E.;Sever,M.J.;Barnett,S.A.Solid State Ionics 2002,148,27.doi:10.1016/S0167-2738(02)00102-9

(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