由于複合材料中(zhōng)兩種材料之間的反應有限，因此形成了新的界面相，這也會在鈣钛礦中(zhōng)形成A位點缺陷，從而該複合材料顯示出高活性和優異的穩定性。究其原因，作者認爲降低的TEC，優化鈣钛礦相以及熱機械穩定性的協同作用，共同實現了SOFC複合陰極優異的電(diàn)化學性能。
固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池（SOFC）作爲能量轉換裝置的商(shāng)業發展面臨的一(yī)個挑戰是熱機械不穩定性。由于不同燃料電(diàn)池組分(fēn)之間的熱膨脹系數（TECs）不匹配，引起的大(dà)的内部應變是造成這種不穩定的主要原因，從而可能導緻電(diàn)池退化、分(fēn)層或斷裂。其中(zhōng)，中(zhōng)溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池SOFC的最流行的正極材料是含钴鈣钛礦，在之前的研究中(zhōng)，爲了降低钴基電(diàn)極的TEC值，已經進行了相當大(dà)的努力。但是，這些策略中(zhōng)的大(dà)多數都可以将钴基電(diàn)極的TEC值降低到合适的程度，但無法完全匹配電(diàn)解質的TEC值，同時可能對氧還原反應（ORR）活性産生(shēng)負面影響。今日，南(nán)京工(gōng)業大(dà)學邵宗平教授，周嵬教授團隊（通訊作者）通過引入熱膨脹補償策略，以此實現陰極與其他電(diàn)池構件之間熱機械兼容。作者使用反應燒結将具有高電(diàn)化學活性和大(dà)熱膨脹系數的钴基鈣钛礦與負熱膨脹材料結合在一(yī)起，從而形成具有與電(diàn)解質良好匹配的熱膨脹性能的複合電(diàn)極。在煅燒過程中(zhōng)，由于複合材料中(zhōng)兩種材料之間的反應有限，因此形成了新的界面相，這也會在鈣钛礦中(zhōng)形成A位點缺陷，從而該複合材料顯示出高活性和優異的穩定性。究其原因，作者認爲降低的TEC，優化鈣钛礦相以及熱機械穩定性的協同作用，共同實現了SOFC複合陰極優異的電(diàn)化學性能。相關研究成果以“Thermal-expansion offset for high-performance fuel cell cathodes”爲題發表在Nature上。
圖一(yī)、c-SYNC的性質和形成機制
（c）煅燒前c-SYNC和“原始” SNC/YWO的Sr 3d軌道的XPS圖譜；（d）c-SYNC電(diàn)極的HR TEM圖像；（e-g）YWO，SWO和SYNC相界面的HR TEM圖像；（h）f中(zhōng)SYNC相的[110]區域軸的SEAD模式；（k，l）STEM圖像和相應的SWO相FFT圖像。圖二、c-SYNC的熱膨脹行爲及相應的電(diàn)化學性能
（a）c-SYNC和SNC在100至800℃的空氣中(zhōng)的熱膨脹曲線；（b）SNC，SYNC，x wt％SWO-SNC和x wt％YWO-SNC組成的TECs，質量百分(fēn)比x在0到100之間變化；（d）在800、900和1000℃燒制的c-SYNC電(diàn)極的極化電(diàn)阻；（e）在500、600和650℃下(xià)c-SYNC電(diàn)極的阻抗譜；（f）在600℃條件下(xià)，各種ORE材料的RP與TEC的彙總圖；（g）基于c-SYNC和SNC的對稱電(diàn)池的ASR值與電(diàn)極厚度的函數關系；（h）40μm厚c-SYNC和SNC對稱電(diàn)池在600℃的空氣中(zhōng)測量200小(xiǎo)時的Rp；（i）耐久性試驗前後c-SYNC和SNC電(diàn)極的EIS圖。
（a）基于SNC和c-SYNC的對稱電(diàn)池電(diàn)極在600℃到300℃之間的40個熱循環中(zhōng)的ASR（RP）響應（在最低30℃ min-1的加熱速率和大(dà)約最低7.5℃ min-1的被動冷卻下(xià)90小(xiǎo)時的總累計試驗）；（b，c）循環後SNC（b）和c-SYNC（c）對稱電(diàn)池的代表性EIS曲線；（e）有40μm厚c-SYNC陰極的陽極支撐的H2/空氣SOFC的I-V和I-P（I，電(diàn)流密度；V，電(diàn)壓；P，功率密度）曲線；（f）提出了在c-SYNC複合電(diàn)極TEC補償熱機械增強的機理，并對粒子相互作用和力的分(fēn)析進行了放(fàng)大(dà)，對比了SNC與c-SYNC的行爲。 文章轉載自微信公衆号：材料人
