热膨胀匹配作为在SOFC中开发高性能Mn-based Mullite阴极的关键标准
Yuanchen Duan1, Huan Li1, Shiqing Li2
1College of Electronic Information and Optical Engineering, Nankai University, Tianjin, 300350, China.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|October 7, 2025
概括
为固体氧化物燃料电池 (SOFCs) 开发了一种新的SmMn2O5 (SMO) 阴极材料. 这种材料,当与GDC复合时,显示出出色的热膨胀匹配和高电化学性能,确保结构稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 固氧化物燃料电池 固氧化物燃料电池
背景情况:
- 热膨胀不匹配是固体氧化物燃料电池 (SOFC) 阴极设计中的一个关键问题,导致分层和裂纹.
- 开发具有结构完整性和高催化活性的正极材料对于SOFC的性能和寿命至关重要.
研究的目的:
- 设计和开发一种新的基于Mn的多类型阴极材料,SmMn2O5 (SMO),用于SOFCs.
- 研究基于SMO的复合电极与GDC的结构性质关系,以改善热膨胀匹配和电化学性能.
- 通过优先考虑热膨胀系数 (TEC) 匹配,为SOFC阴极开发提供一个新的战略.
主要方法:
- SmMn2O5 (SMO) 和SMO-GDC复合电极的制造.
- 测量热膨胀系数 (TEC) 和电化学性能.
- 在现场进行X射线衍射 (XRD),拉曼光谱和密度函数理论 (DFT) 分析以了解结构-属性关系.
主要成果:
- SMO的TEC值很低 (8.12 × 10^-6 K^-1),这归因于异性质晶格膨胀和声子散射.
- SMO-GDC组合显示出与YSZ的优异TEC匹配,只有2.36%的偏差.
- 复合阴极实现功率密度为580.9 mW cm^-2,极化电阻为0.193 Ω cm^2,并保持了300小时的稳定性.
结论:
- 开发的SMO-GDC复合阴极为SOFC应用提供了卓越的结构稳定性和高电化学活性.
- 优先考虑TEC匹配作为主要设计原则,对于开发先进的SOFC阴极材料是有效的.
- 这项工作为下一代SOFCs的材料选择策略提供了宝贵的见解.
