MC Tucker 等人：固体氧化物燃料电池阴极接触材料的选择

MCTucker等人：固体氧化物燃料电池阴极接触材料的选择【引言】固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种新型的发电方式，与其他的电池不同，它是能量发生装置，并且在能量转换过程中不受卡诺循环的限制，SOFC由于具有没有CO、NOx等的污染，能量转换效率高，系统设计简单，造价低廉，性能稳定，可接受多种燃料等特点正日益受到各国的广泛关注。固体氧化物燃料电池的工作温度在600～1000℃，目前各国的研究重点是如何通过电极材料、电解质材料以及连接体材料的选择和性能改进达到提高电池性能，降低电池工作温度的目的。【成果介绍】MCTucker等人确定合适的阴极接触材料（CCM）键合电连接LSCF阴极到Mn1.5CO1.5O4涂层441不锈钢，在相对低温900～1000℃下烧结，并合成和表征了多种CCM候选物。分别测定了导电性、热膨胀系数（采用LISESE-L75膨胀仪测定）、烧结行为以及与LSCF或Mn1.5Co1.5O4反应的倾向。从这次筛选中，LSCF、LSCuF、LSC和SSC被选为最有希望的候选。这些成分应用于LSCF和Mn1.5Co1.5O4涂层441不锈钢样片，并在800℃下进行200小时ASR测试。在区域特异性抗逆性试验后，对试样进行横切分析，以便在CCM/LSCF或CCM/Mn1.5Co1.5O4界面间扩散，观察到较窄的扩散带。【图文导读】图1：在SOFC电池和涂层不锈钢互连之间放置CCM的示意图。图2：“半装配”试样几何形状的示意图。（a）CCM/MCO-141和（b）CCM/LSCF。图3：从Praxair购买的粉末的XRD迹线。从样品盒中产生的峰用星号表示。图4：用GNP合成的粉末在800℃下粗化的XRD迹线。样品盒中产生的峰用星号表示。图5：GNP合成LBC在各种温度的粗化下的XRD迹线。图6：在表2列出的温度下烧结的各种试样棒的电导率的温度依赖性。图7：各种CCM候选材料的热膨胀系数（CTE）的温度依赖性。图8：暴露于高温后各种物理混合物的XRD迹线。对每种混合物的纯组分的XRD迹线进行比较。（a）LSCF和MCO混合物在暴露于1000℃下10小时；（b）NCC和MCO混合物暴露于800℃下120小时；（c）SBSC和LSCF混合物暴露于1000℃下120小时。图9：暴露于1000℃下10小时，NCC与LSCF或MCO的物理混合物的SEM和EDS分析。（a）LSCF和NCC混合物的SEM图像。箭头指示EDS分析点的位置。（b）NCC和LSCF混合物中各种元素的EDS信号强度。（c）NCC和MCO混合物中各种元素的EDS信号强度。虚线表示LSCF/NCC或MCO/NCC边界的位置。

图10：用膨胀法测定各种CCM候选材料的烧结行为。为了清楚起见，在两个图（a）和（b）中表示出了组合物。（c）收缩率在900～1000℃范围内与CCM键有关。图11：GSC的烧结行为。图中的标记显示了在900和1000℃下的初始烧结点和收缩率的确定。图12：在空气中的800℃下的各种半组件的ASR。（a）CCM/LSCF和（b）CCM/MCO-141组件。（c）NCC/LSCF（黑色）和NCC/MCO-441（灰色）。图13：各种LSCF/CCM/MCO-441组件在800℃空气中的ASR。图14：半组装的SSC/MCO-441HALFASR测试后的SEM图像。图15：半组装试样ASR测试后的界面扩散的能谱分析（a）SSC/MCO、（b）LSC/MCO和（c）LSC/LSCF【结论】从SOFC阴极文献中鉴定出候选CCM组合物的列表。筛选的候选物的电导率，烧结行为，CTE，并倾向于与MCO或LSCF反应。LSCF、LSCUF、SSC和LSC是本次研究的最有希望的候选物。这些测试ASR上LSCF和MCO涂覆441。CCM/MCO-441样品的ASR比CCM/LSCF样品大，显示出较低的初始稳定性。因此，我们得出结论，在LSCF/CCM/MCO-141中的ASR是由MCO和Cr2O3控制的。在两种基质上，LSC和SSC提供了最低和最稳定的ASR，虽然LSCF和LSCuF也是可以接受的。烧结到1000℃后，电性能是可以接受的。这些材料之间的进一步选择将取