双钙钛矿氧化物Ba2Fe1.3Mo0.7O6-δ 作固体氧化物燃料电池阳极的研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2024.01.005

摘要/Abstract

摘要：

通过改变Ba₂FeMoO_6-_δ （BFM）中Fe与Mo的物质的量比调控双钙钛矿晶格B位有序性，制备了一种高性能新型SOFC双钙钛矿阳极材料Ba₂Fe_1.3Mo_0.7O_6-_δ （BFM_0.7）。结果表明，BFM_0.7在H₂中600~800 ℃的电导率为15.0~20.0 S/cm，远高于SOFC电极的最低标准（0.1 S/cm）。BFM_0.7用作SOFC阳极时，单电池在850 ℃的最大功率密度和极化阻抗分别为1 149 mW/cm²和0.15 Ω·cm²。相比于BFM阳极，BFM_0.7的性能显著提高。此外，BFM_0.7阳极电池连续工作39 h性能无衰减，表明BFM_0.7阳极具有优异的电化学稳定性。

关键词: 固体氧化物燃料电池, 阳极, 电导率, 电化学性能

Abstract:

The Fe/Mo ordering at B?sites of Ba₂FeMoO_6-_δ (BFM) were changed by adjusting Fe/Mo amount of substance ratio (i.e., stoichiometric ratio), and then a new double?perovskite anode material Ba₂Fe_1.3Mo_0.7O_6-_δ (BFM_0.7) for SOFC were obtained. The results indicated that the electrical conductivity of the BFM_0.7 anode is 15.0~20.0 S/cm at 600~800 ℃ in H₂, which is much larger than that of the lowest target for SOFC electrode (0.1 S/cm). The peak power density and polarization resistance of the BFM_0.7anode cell attained 1 149 mW/cm² and 0.15 Ω·cm² at 850 ℃. Compared with BFM anode, the performance of BFM_0.7 is significantly improved. In addition, the performance of BFM_0.7 anode cell showed no degradation after testing for 39 h, indicating that the BFM_0.7 anode possesses has excellent electrochemical stability.

Key words: Solid oxide fuel cell, Anode, Electrical conductivity, Electrochemical performance

中图分类号:

TQ15

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图/表 10

图1 BFM0.7和Ba2FeMoO6样品的XRD图谱

Fig.1 XRD pattern for BFM0.7 and Ba2FeMoO6 samples

图2 BFM0.7样品的电导率和表面SEM图

Fig.2 Electrical conductivity and Surface SEM for BFM0.7 sample

图3 BFM0.7阳极的电化学阻抗谱

Fig.3 EIS for BFM0.7 anode

图4 BFM0.7阳极对称电池的电化学阻抗谱拟合曲线

Fig. 4 EIS fitting curve for BFM0.7 anode symmetric cell

表1 BFM0.7阳极的阻抗谱拟合参数

Table 1 EIS fitting parameters of BFM0.7 anode

拟合参数	数值	拟合参数	数值	拟合参数	数值
R₀/(Ω•cm²)	0.408 4	f₁/Hz	194.400 0	R₃/(Ω•cm²)	0.894 0
L₀/H	1.956 0×10^-7	R₂/(Ω•cm²)	0.375 0	CPE₃⁃T/(F•cm^-2)	1.609 0
R₁/(Ω•cm²)	0.086 0	CPE₂⁃T/(F•cm^-2)	0.688 6	CPE₃⁃P	1.135 0
CPE₁⁃T/(F•cm^-2)	0.064 0	CPE₂⁃P	0.672 6	C₃/(F•cm^-2)	1.540 9
CPE₁⁃P	0.732 0	C₂/(F•cm^-2)	0.356 3	f₃/Hz	0.115 6
C₁/(F•cm^-2)	9.530 0×10^-3	f₂/Hz	1.192 0

图5 BFM0.7阳极的极化阻抗随温度的变化曲线

Fig.5 Temperature dependent polarization impedance curve for BFM0.7 anode

图6 BFM0.7阳极的极化阻抗Arrhenius图

Fig.6 Arrhenius plot of polarization resistance for BFM0.7 anode

图7 BFM0.7阳极电池的I?V和I?P曲线

Fig.7 I?V and I?P curves for BFM0.7 anode cell

图8 BFM0.7阳极单电池的稳定性

Fig.8 Stability of BFM0.7 anode cell

图9 BFM0.7阳极单电池的稳定性测试后断面SEM图（a） 2 μm （b） 10 μm

Fig.9 SEM image of cross?section of BFM0.7 anode cell after stability testing

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双钙钛矿氧化物Ba₂Fe_1.3Mo_0.7O_6-_δ 作固体氧化物燃料电池阳极的研究

Investigation on Ba₂Fe_1.3Mo_0.7O_6-_δ Double Perovskite as Anode Material for Solid Oxide Fuel Cell

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