高活性抗CO2中毒中溫固體氧化物燃料電池陰極

ZHU Zhonghua

(School of Chemical Engineering,The University of Queensland,Brisbane QLD 4072,Australia)

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高活性抗CO2中毒中溫固體氧化物燃料電池陰極

ZHU Zhonghua

(School of Chemical Engineering,The University of Queensland,Brisbane QLD 4072,Australia)

［Highlight］

www.whxb.pku.edu.cn

過度開發和使用化石能源造成了目前世界能源短缺，并且導致了嚴重的環境污染。為了實現人類的可持續發展，開發和利用經濟、潔凈的新能源是21世紀世界能源科技的主題。固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效、清潔、環境友好、燃料選擇范圍寬廣的能源轉換技術1。其中陰極材料是SOFC的一個重要組成部分，涉及氧還原反應(ORR)過程，其性能的好壞直接影響電池的性能。

目前開發的一些經典中溫(500－800°C)SOFC 陰 極 材 料 ， 如 Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3－δ(BSCF)2、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3－δ(LSCF)3、PrBaCo2O5+δ(PBC)4等，雖然具有良好的ORR催化性能，但這些材料還存在一些關鍵性的問題，如：熱膨脹系數高、高溫下化學和結構穩定性差、與電解質兼容性差、易CO2中毒等?？笴O2中毒能力對于在空氣中工作的陰極材料顯得尤為重要。CO2中毒會極大降低陰極材料的性能從而影響整個SOFC的長時間操作5。雖然近年來一些抗CO2中毒的策略被提出來，但是擁有完全抗CO2中毒能力的單一相結構的SOFC陰極材料至今還未見報道。

最近，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室周嵬教授和邵宗平教授等合成了具有奧里維里斯(Aurivillius)結構的非鈷基氧化物Bi2Sr2Nb2MnO12－δ(BSNM)作為一種優異的中溫SOFC陰極材料6。這種新型的陰極材料在中溫范圍內不僅有良好的ORR催化性能，同時具有優越的結構穩定性、熱匹配性、化學兼容性和很強的抗CO2中毒能力。這種材料還有望應用在其它高溫裝置上，如：氧傳感器、透氧膜、氧泵等。該項工作為開發新型中高溫SOFC陰極材料提供了新的思路，拓展了奧里維里斯結構材料的新應用。相關 工 作 近 期 發 表 在 AngewandteChemie International Edition上6。題目為：An Aurivillius Oxide Based Cathode with Excellent CO2Tolerance for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells。

References

(1)Miao,N.Q.J.Am.Ceram.Soc.1993,76,563.doi:10.1111/ j.1151-2916.1993.tb03645.x

(2)Shao,Z.P.;Haile,S.M.Nature 2004,431,170.doi:10.1038/ nature02863

(3)Perry Murray,E.;Sever,M.J.;Barnett,S.A.Solid State Ionics 2002,148,27.doi:10.1016/S0167-2738(02)00102-9

(4)Kim,G.;Wang,S.;Jacobson,A.J.;Reimus,L.;Brodersen,P.; Mims,C.A.J.Mater.Chem.2007,17,2500.doi:10.1039/ B618345J

(5)Zhou,W.;Liang,F.L.;Shao,Z.P.;Zhu,Z.H.Sci.Rep.2012,2, 327.doi:10.1038/srep00327

(6)Zhu,Y.L.;Zhou,W.;Chen,Y.B.;Shao,Z.P.Angew.Chem.Int. Ed.2016,doi:10.1002/anie.201604160

10.3866/PKU.WHXB201607201