氟掺杂对可逆固体氧化物电池性能的影响及相关动力学研究

可逆固体氧化物电池(RSOC)表现出优异的热力学和动力学性质,被认为是一种很有前途的能量转换装置.制备了两种RSOC电极材料La_(0.6)Sr_(0.4)Fe_(0.8)Co_(0.2)O_(3) (LSFC)和La_(0.6)Sr_(0.4)Fe_(0.8)Co_(0.2)F_(0.1)O_(2.9 )(F_(0.1)-LSFC),对比了F掺杂对电池放电和电解性能的影响并对电极表面动力学反应进行探究.研究表明F掺杂可降低B位元素价态、提高材料氧空位浓度,进而提高电池性能.700℃,30%H_(2)O/H_(2)燃料下,由F_(0.1)-LSFC组成的RSOC的最大功率密度为234.3 m W·cm^(-2),约为LSFC组成的RSOC的1.7倍.并且在1.3 V下,由LSFC和F_(0.1)-LSFC组成的RSOC的电流密度分别为-245.6和-417.9m A·cm^(-2).此外,通过电极表面动力学分析发现,对于氢氧化反应(HOR),F_(0.1)-LSFC电极反应的速度控制步骤(RDS)主要是电荷转移反应,而LSFC电极反应的RDS主要是氢气的吸附和解离反应;对于氧还原反应(ORR),RDS是吸附的氧原子还原成O^(-).