学科交叉新能源材料—基于钇元素掺杂的自组装固体氧化物燃料电池阴极电化学与力学性能研究

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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效率的绿色能源转换装置,电极材料的断裂、损失和力学性能的衰减是导致其电化学性能衰减的重要因素。本项目中,通过对BaCoCe钙钛矿阴极材料进行钇元素的掺杂,得到BaCoCeY。发现钇元素的掺杂能够使其在高温下自组装形成两相复合材料。该复合材料使得阴极的电化学性能有所提升,具体表现在阻抗减小、抗CO2毒化能力增强、热机械循环稳定性的提升、单电池功率密度增加。同时,降低了阴极的热膨胀系数,使其和电解质有更好的热匹配度,提升了包括断裂强度,杨氏模量,硬度在内的力学性能。本项目基于宏微观力学性质的优化、热机械稳定性与电化学性能的提升得到了一种性能较好的阴极材料,也验证了钇元素掺杂策略在提升钙钛矿基阴极材料长期力学稳定性与电化学性能方面的有效性。