阴极材料简介及其性能要求阴极材料是各种氧化剂还原的场所，也叫空气电极，可以使氧气还原为氧离子，并将其传递至电解质的界面。所以阴极材料需满足以下基本要求[21,22]：

（1）较好的稳定性。在电池运行过程中，阴极材料应该保持很好的化学稳定性，不会随着电池工作下的温度、气氛等条件而发生物相、微观结构等方面的变化。62959

（2）高电导率。阴极材料必须要有足够高的电子电导率，从而降低在SOFC操作过程中阴极的极化电阻，此外，阴极材料还必须具有一定的离子导电能力，有利于氧还原产物向电解质隔膜的移动。

（3）高催化性。阴极材料在SOFC操作温度下对氧的电化学反应要有足够的催化活性，以便降低阴极上的过电位，提高电池的输出性能。

（4）良好的相容性。阴极材料必须与电解质、连接体和密封材料等具有一定的相容性，即阴极材料不会在电池工作条件下与电解质等材料发生反应导致阴极材料性质发生改变。

（5）良好的热匹配性。阴极材料在室温到制备温度范围内热膨胀系数必须与电解质材料相匹配。

（6）足够的表面孔隙率。阴极材料的表面足够的孔隙率是为了使更多的氧气可以通过阴极材料发生还原反应。但是孔隙率过高又会导致电池的强度和性能降低，因此，阴极材料应该保持适当范围的孔隙率。

（7）成本低。阴极材料应用在固体氧化物燃料电池中并且在实际中应用，应该尽量降低其成本。在最近的研究中，阴极材料常选用钙钛矿材料、双钙钛矿材料和复合阴极材料。

2 阴极材料的研究进展

阴极是SOFC的重要组件部分，阴极的研究一直都是SOFC研究的重中之重，近年来阴极材料主要分为贵金属银、钯、铂以及金属其陶瓷材料;钙钛矿结构（ABO3）型氧化物、以及复合阴极材料等。

    (1)钙钛矿型材料钙钛矿结构图

钙钛矿的结构通式是ABO3，A通常是二价金属离子，B通常为四价过渡金属离子，但是也可以是A和B都为三价离子。它是一种复合氧化物，以CaTiO3的发现而命名。图1.2是立方CaTiO3的结构示意图。在这个结构中，O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆积，A位离子的配位数为12，B位为6。在这种结构中，B离子周围的空间比B离子本身的体积要大，B离子受到局部电场的作用，易偏离八面体体心的位置，同时，O-B-O组成一条连线，有利于这些离子沿同一方向进行离子位移。钙钛矿结构具有很强的通融性，可用多种不同的阳离子替代单胞体积中A位和B位离子形成复合氧化物。其中，异价阳离子掺入使得这一类材料成为氧离子导体，另一方面，B位离子变价使得材料具有电子电导的特性。使得这类材料成为离子－电子复合导体。钙钛矿材料在高温时为立方晶系，在降温过程，在某个特定温度后将产生结构的畸变使立方晶格的对称性下降论文网，可能变为立方、正交或是单斜晶系。由于这种畸变现象，钙钛矿材料的性能将产生一定的改变，成为磁性材料和铁电材料。源[自[优尔^`论`文]网·www.youerw.com/

许多具有钙钛矿结构材料都可作为阴极材料。其中LaSrMnO3 (LSM)是最重要的阴极材料，因为在操作条件下具有高的电导率，对氧的催化活性高，热稳定性和电解质(YSZ、GDC及LSGM)的相容性。在所有的阴极材料中，LSM结构和性能是最稳定的，因此不需要对它进行改性来提高它的性能。

     含有Fe或Co的钙钛矿材料也可作为阴极材料。La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3就是一种性能很好的阴极材料[23]。SmxSr1-xCoO3性能也较好，无论是单独作为阴极材料还是与LSGM及CGO混合形成复合阴极材料。邵宗平课题组[24]用Ba取代La，报道了新的阴极材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-x (BSCF)，它的极化电阻极小，600 ℃时仅为0.055~0.071 ·cm-2，这一结果引起了别的研究者的兴趣使它得到广泛研究。后续的研究结果表明添加银能够提高BSCF的性能。