【摘 要】
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电子/氧离子混合传导钙钛矿氧化物作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极因表现出高催化活性、优异的抗积碳性能而广受关注。然而,大多数空气下制备的钙钛矿阳极因长期暴露在燃料气中易发生相分解,导致电池耐久性较差。因此,目前迫切需要开发一种在还原环境下具有高催化活性、高导电性和高结构稳定性的新型钙钛矿阳极。还原气氛制备的Sr V0.5Mo0.5O3（SVMO）因在氢气（H2）下具有良好的结构稳定性和超高的
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电子/氧离子混合传导钙钛矿氧化物作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极因表现出高催化活性、优异的抗积碳性能而广受关注。然而,大多数空气下制备的钙钛矿阳极因长期暴露在燃料气中易发生相分解,导致电池耐久性较差。因此,目前迫切需要开发一种在还原环境下具有高催化活性、高导电性和高结构稳定性的新型钙钛矿阳极。还原气氛制备的Sr V0.5Mo0.5O3（SVMO）因在氢气（H2）下具有良好的结构稳定性和超高的电导率而备受关注,但其对燃料的催化活性有待提高。本工作我们以钙钛矿SVMO为基础,采用掺杂策略,开发了对燃料气具有优异催化活性的Sr2V0.1Co0.9Mo O6（SVCMO）和Sr V1/3Fe1/3Mo1/3O3（SVFMO）两种钙钛矿阳极材料,并对其结构、电化学性能等进行了系统的研究。主要内容如下:通过固相法在750℃H2气氛中还原4 h,我们成功制备了四方结构SVCMO双钙钛矿。H2气氛下SVCMO电导率在100-800℃为33.2-21.6 S cm-1,远高于同环境下Sr2Co Mo O6（SCMO）的电导率(0.55-2.7 S cm-1)。在850℃下SVCMO对称电池阳极极化电阻为1.1Ωcm~2,比SCMO减小了1Ωcm~2。制备的SVCMO|SDC|LSGM|LSCF单电池以H2为燃料气在750-850℃最大功率密度分别为199、358、561 m W cm-2。本研究表明,以SCMO双钙钛矿为基础,通过B位V离子掺杂制备的SVCMO阳极成功地优化了材料电导率及电化学催化性能。通过固相法在5%H2/Ar还原条件下,我们成功合成了B位Fe、V、Mo共掺杂的SVFMO单钙钛矿阳极。由于异价Fe、V、Mo离子共存于SVFMO的B位点,形成了更多的小极化子对,提升了SVFMO的电子导电能力,在H2气氛下100-800℃电导率为508.4-207 S cm-1。即使其在多孔结构状态下（模仿阳极工作状态）,在800℃下的电导率也高达70 S cm-1,可以与传统的Ni基复合阳极相媲美。Fe、V、Mo共掺杂在SVFMO内产生了更多的氧空位,增强了对燃料气的催化能力。以SVFMO为阳极制备的单电池在750-850℃最大功率密度分别为267、484、720 m W cm-2。SVFMO作为SOFC阳极在H2环境下表现出更高的结构稳定性,经过长达60 h的稳定性测试,性能几乎没有衰减。本研究表明通过B位共掺杂制备的SVFMO作为SOFCs的阳极在燃料气氛下表现出更高的电导率、催化能力和结构稳定性,从而提升了单电池的整体性能。通过固相法在还原气氛下制备的SVMO和SVFMO在30℃电导率分别高达2250.9和508.4 S cm-1。由于其超高的电导率,我们尝试将两种钙钛矿材料作为锂离子电池新型负极材料进行研究。经过电化学测试,SVMO和SVFMO电极在0.2 A g-1的电流密度下首次放电比容量分别为234.1和166.5 m Ah g-1,经过循环测试,两种材料均呈现先降后升的趋势,至260圈,SVMO和SVFMO的容量升至165.5和199.4 m Ah g-1,表明两种材料具有作为锂离子电池新型负极的潜力,为探索钙钛矿作为锂离子电池的负极提供了思路。
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