2. 钙钛矿结构的电极材料

目前开发用于中低温固体氧化物燃料电池的钙钛矿结构阴极材料主要有：单

掺杂的

A

1 -x

Sr

x

BO

3-δ

 (A = La、Sm、Dy、Gd；B = Mn、Co、Cu) 材料；以及

双掺杂的

A

1-x

A′xB

1-y

B′yO

3 -δ

 (A= La、Sm、Nd、Pr、Gd  ；A′= Ba、Sr、Ca；

B、B′= Fe 、Co、Ni、Cu、Cr、Al、Ga)  材料两大类。

钙钛矿氧化物的化学式为

 ABO3 是研究较多的固体氧化物燃料电池阴

极材料。

B 和 O 离子构成 BO

6

八面体结构属于立方结构

 , Pm3m 空间群 ,

而

 8 个 BO

6

 通过共用 O 离子分布于立方体的 8 个顶点上。A 离子位于立

方体的中心。当采用低价元素对

 A、 B 位元素进行掺杂时 ,晶体无法通过阳

离子变价达到电中性

 ,因而只能产生 O 离子空位即点缺陷 ,引起 O 离子电

导。

A 位元素一般为 La 系稀土金属元素。材料的电导率与 A 位元素密切相

关

 ,大小顺序为: Pr > La > Nd > Sm。在 A 位掺杂碱土金属 ,会明显提高

其电导率

 ,其中 Sr 掺杂的电导率最高。A 位元素同样会影响材料的过电位 ,

不同

 A 位稀土元素的阴极过电位顺序为: Y> Yb > La > Gd > Nd > Sm 

> Pr。B 位一般为过渡金属元素 ,或若干种过渡元素的组合。阴极的反应速

率随

 B 位过渡元素变化顺序为:Co > Mn > Fe > Cr。

2.1

A

1 -x

Sr

x

BO

3-δ

阴极材料

La

1-x

Sr

x

BO

3-δ

型阴极材料，常被用作中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。

通过对其电荷传递电阻、电子传导率、与电解质材料相容性的研究，可以确

定

La

1-x

Sr

x

BO

3-δ

阴极材料中

Sr 的最佳用量。Cr、Mn、Co、Cu、Fe 几种过渡

金属可分别取代

La

1-x

Sr

x

BO

3-δ

中的

B 位置，从而制得不同钙钛矿型阴极

材料。

Lee 等对 La

1-x

Sr

x

MnO

3-δ

电化学性能进行了研究，发现该阴极材料

电导性和界面电阻随体系中

Sr 含量的增加而降低， 当体系中 Sr 的含量

为

50 mo1 %时，其界面电阻值达到最小，电极活化能为 1.761 eV，计

算电容值为

3.23×10

3

 µF，因此这种电极材料较其它电极材料具有更宽

的三相反应界面

(TPB)。 La

1-x

Sr

x

CuO

2.5-δ

 (LSCu)作为中低温 SOFC 阴极

材料，

 显示出良好的电化学性能和较高的氧空位量， 具有较高的结构稳

定 性 和 电 导 率 。

Yu 等 研 究 了 新 型 阴 极 材 料 La

1-x

Sr

x

CuO

2.5-

δ

(0.15≤x≤0.3)，发现在 600 ℃时 LSCu 的电导率为 600 S/cm，在