Cu掺杂Ca_(3)Co_(4)O_(9+δ)中温固体氧化物燃料电池阴极材料

采用固相法制备了Ca_(3)Co_(4-x)Cu_(x)O_(9+δ)(x=0,0.1,0.3,0.5)阴极材料,研究了Cu离子掺杂对材料的物相组成、电极微观形貌、电化学性能、热膨胀系数、电导率及单电池输出性能的影响。结果表明:在900℃的煅烧合成温度下,未掺杂与Cu掺杂量为x=0.1的生成产物具有相同单一物相晶体结构(JCPDS 21-0139),Cu掺杂使晶胞参数略有增加。掺杂量为x=0.1的阴极膜层呈现出最疏松多孔状态,有利于氧气在阴极的扩散传输,相应的极化阻抗最小(700℃时极化阻抗为0.85Ω·cm^(2),为未掺杂的42.9%),可以高效地催化氧气在阴极处的还原反应,而且具有最高的电子电导率(相比未掺杂的提高了1.6倍),提升了阴极反应过程中的电荷转移效率。采用Ca_(3)Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9+δ)为阴极的单电池输出性能明显优于其他组分作为阴极时的性能(700℃时功率密度峰值约为79 mW·cm^(-2),为未掺杂的1.9倍)。因此,Cu掺杂的Ca_(3)Co_(4)O_(9+δ)具有作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的应用潜力。