中低温固体氧化物燃料电池阴极界面改性研究进展

在碳达峰、碳中和目标下,我国迫切需要提高煤炭的利用效率,降低 CO2 排放。 固体氧化物 燃料电池(SOFC) 是一种将碳氢燃料的化学能直接转换为电能的高效、环境友好的电化学转化装 置。 传统 SOFC 运行温度较高(800~1 000 °C),长期高温运行会导致系统成本过高,关键材料性能 衰减,以及组件间元素的互扩散、 相反应等诸多问题。 发展中低温 SOFC 已经成为未来 SOFC 技术 发展的必然选择。 然而,低温下,阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学和不稳定性是制约 SOFC 技 术发展的主要挑战。 近年来,阴极界面改性作为一种提高中低温 SOFC 性能的有效策略得到广泛 研究。 通过设计不同的改性界面,可以显著加速阴极 ORR 动力学,有效地拓展阴极三相界面,提高 阴极电催化活性,进而提高电池电化学性能;同时有效限制阴极颗粒长大,减少二次相生成,提高电 池寿命。 综述了界面改性的结构种类和特征(复合结构,膜状界面结构,骨架/ 表面涂覆结构),详 细介绍了原子层沉积、脉冲激光沉积、湿法浸渍 3 种阴极界面改性技术,以及阴极界面改性对氧离 子输运、氧还原反应活性以及稳定性的影响。 最后,讨论了目前阴极界面改性技术存在的问题与挑 战,以及克服这些问题的可能策略,为中低温 SOFC 阴极材料和结构的合理设计提供指导,为 SOFC 的实际应用奠定基础。