图1.1 典型SOFC工作I-V曲线

1.2.3  固体氧化物燃料电池的特点

1） 全固态，无液态电极腐蚀和电解质液泄露等问题，电解质维护费用低

且安全；

2） 能量转换效率高，通常热-电联供的效率可高达85%；

3） 使用范围广，即可以用做固定电源（小型电站），又可以用做小型移动电源，如手机电源，汽车辅助电源，手提电脑等；

4）燃料使用范围广，可以使用氢气、天然气、煤气、生物质气、汽油、柴油等轻质碳氢化合物作为燃料；

5）高温操作，无需贵金属催化剂；

1.3固体氧化物燃料电池阴极材料概述

SOFC的关键材料包括组成单电池的电解质、阴极和阳极材料，以及将单电池组装成电池堆的连接材料。在过去20年中SOFC的研究取得了明显进步，电解质向电极的转移成为了研究的重点，因为在较低的工作温度下，有较薄的低电阻电解质膜的电极有高的活化能，对电压损失降低的影响要大于电解质。通常认为，在SOFC的商用操作温度下，氧还原反应很难进行，因此更多的研究是集中在阴极[5]上。 

根据以上所述的阴极反应机理，阴极必须满足以下几个条件[9]：

1）高的离子电导率和高的电子电导率。在电子传输过程中，欧姆损失随着阴极电子电导率增高而变低，提高离子扩散能力和表面反应能力可以通过提高氧离子电导率来改变。

2）孔隙率：阴极材料的比表面积是影响阴极反应速率的重要因素。孔隙率（~40%）越大，孔径分布越合理，扩散的运输速度越快，同时可以消除浓差极化。

3）高的阴极催化活性。在阴极发生氧还原反应，通过阴极的催化作用，将氧分子的共价键打开，因此对阴极的催化活性就要求很高，在催化上，它的催化活性受阴极微观结构以及它的化学组成影响。 

4）良好的稳定性：在氧化性气氛下，在温度变化较大的情况下，能保持热稳定和化学性能稳定。

5）良好的相容性。在不同温度下，阴极要能与周围的结构保持相近的热膨胀系数，并且保持与周围的介质不会发生相互扩散，不发生化学反应。

1.3.1 阴极材料分类

满足上述基本条件的阴极材料主要有:贵金属阴极以及金属基陶瓷阴极料，钙钛矿型阴材料，类钙钛矿结构An+1BnO3n+1型阴极材料，双钙钛矿阴极。

贵金属阴极以及金属基陶瓷阴极材料：金属Pt是早期研究中使用的一种阴极材料，此外，适合作阴极的材料还有Pd 、Rh等，但这些材料的价格昂贵，因此对这类材料的研究主要集中在降低成本。

钙钛矿型材料大致分为三类，钙钛矿结构、K2NiF4结构和有序的双钙钛矿结构。大多钙钛矿结构为ABO3 型钙钛矿结构与其他盐层交错而成或掺杂其他原子而成。简单的ABO3系统，A、B位阳离子被取代后，可形成更多复杂的钙钛矿型化合物。不同价态阳离子的引入使氧空位大量产生，从而提高了氧离子活性，增加了离子电导率。

近年来，人们对钙钛矿型阴极材料的研究十分活跃，主要是对A位、B位或A、B位均掺杂元素的选择、新制备工艺的尝试以及材料性能的提高等方面。但目前的研究还不能满足固体氧化物燃料电池中低温化发展的需要。因此，提高ABO3 型钙钛矿结构阴极材料在中低温下电性能、改善其制备工艺是今后的主要发展方向[4]。

在钙钛矿型阴极材料中主要有Mn基材料，Co基材料，Fe基材料，其他材料；通过查找资料我们知道，Mn基材料具有较好的高温工作特性，Co基材料具有较好的低温催化特性和电导特性，但化学和结构稳定性差；Fe基材料具有较好的化学和结构稳定性，但低温下的催化性能需要改进。