中低温固体氧化物燃料电池半导体复合异质结电解质研究进展

中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)是未来发展的趋势,单相电解质的离子电导率在600℃以下达不到≥ 0.1 S/cm的商业化应用标准,因此必须开发适合于中低温SOFC的复合电解质材料。本文通过大量研究对比综述了钐掺杂氧化铈–半导体复合异质结电解质、钆掺杂氧化铈–半导体复合异质结电解质、其他离子导体–半导体复合异质结三类半导体–离子导体复合电解质,以及两相半导体复合异质结电解质的研究进展。研究表明与半导体复合后形成的异质结电解质最高电导率 ≥ 0.2 S/cm,是单相电解质电导率的2~3倍,其中钐掺杂氧化铈(SDC)–半导体复合异质结电解质具有更高的离子电导率和更高的功率密度,SDC与多种半导体材料复合后制成的电池最大功率密度 ≥ 1000 mW/cm2,体现出更加优异的性能。这是由于半导体与离子导体的两相复合存在大量异质界面,在异质界面产生内建电场,从而提高材料的离子电导率,同时抑制其电子电导,显示出优异的电学性能。研究结果期望为实验上制备出性能优异的半导体复合异质结电解质提供理论指导。