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钴基钙钛矿氧化物作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究
钴基钙钛矿氧化物作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究
摘要
随着能源危机的威胁和环境污染的日益严峻，人们对清洁、高效、可再生能源的需求越来越迫切。固体氧化物燃料电池因其高效转化化学能为电能、无污染、可重复使用等优点而备受关注。其中，阴极是重要的关键组件之一，对电池性能和耐久性具有重要影响。钴基钙钛矿氧化物作为一种有应用前景的阴极材料，具有良好的导电性能、稳定性、催化活性和能量密度等特点。本文着重从材料制备方法、结构特征、电化学性质等方面综述了钴基钙钛矿氧化物作为固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展，并对其未来的应用前景进行了展望。
关键词：固体氧化物燃料电池；阴极材料；钴基钙钛矿氧化物；电化学性质
Abstract
Withthethreatofenergycrisisandtheincreasinglyseriousenvironmentalpollution,thedemandforclean,efficientandrenewableenergyisbecomingmoreandmoreurgent.Solidoxidefuelcellsareofgreatconcernduetotheirhighefficiencyinconvertingchemicalenergyintoelectricenergy,nopollution,andrepeatability.Amongthem,thecathodeisoneoftheimportantkeycomponents,whichhasimportantinfluenceontheperformanceanddurabilityofthebattery.Cobalt-basedperovskiteoxideasapromisingcathodematerialhasgoodconductivity,stability,catalyticactivity,andenergydensity.Thispaperfocusesontheresearchprogressofcobalt-basedperovskiteoxideasacathodematerialforsolidoxidefuelcells,includingmaterialpreparationmethods,structuralcharacteristics,andelectrochemicalproperties.Finally,theapplicationprospectsofcobalt-basedperovskiteoxideinthefuturearealsodiscussed.
Keywords:Solidoxidefuelcells;cathodematerial;cobalt-basedperovskiteoxide;electrochemicalproperties
1.引言
固体氧化物燃料电池（Solidoxidefuelcell，SOFC）是一种利用化学反应将燃料气体中的化学能直接转化为电能的高效电池。SOFC具有高效、无污染、可重复使用、燃料多样性等优点，是能源领域的研究热点[1]。其中，阴极材料是SOFC中最重要的关键组件之一，对电池性能和寿命有很大的影响。
传统的SOFC阴极材料是La1-xSrxMnO3（LSM）和La1-xSrxCoO3（LSC），但这些材料存在诸如粉化、细触和烧结困难等问题，影响了它们的应用[2]。近年来，有研究者提出了一种新型的阴极材料——钴基钙钛矿氧化物（Cobalt-basedperovskiteoxide，CBO）。CBO材料具有良好的导电性能、稳定性、催化活性和能量密度等特点，因此被认为是一种有应用前景的SOFC阴极材料。
2.钴基钙钛矿氧化物的制备方法
目前，制备CBO材料的方法主要包括固相反应法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法和氧化物沉积法等。其中，固相反应法是最常用的制备方法，其具体步骤为：将金属氧化物按一定化学计量比混合后，经研磨、球磨或机械合并混合均匀后，在高温下（通常为1100-1300℃）进行固相反应，得到CBO氧化物。
3.钴基钙钛矿氧化物的结构特征
CBO材料的晶体结构为ABO3钙钛矿结构，其中A位是一个大的稀土离子，如La，Sr或Ba等，B位是一种二价的过渡金属离子，如Co，Ni等。在B位离子替代和掺杂的情况下，CBO材料的晶体结构会发生变化，影响其物理化学性质。
4.钴基钙钛矿氧化物的电化学性质
阴极材料的电化学性质是有限元法（Finiteelementmethod，FEM）模拟和电化学测试等手段评价的。在模拟测试中，主要通过计算电池的电位、极化和功率密度等指标评价电化学性质；