固體氧化物燃料動(dòng)力電池(Solidoxidefuelcell，SOFC)由于其具有能量轉(zhuǎn)換率高、環(huán)境友好、燃料多樣性、全固態(tài)結(jié)構(gòu)、組裝工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。但SOFC過高的操作溫度限制了其在商業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，為了促進(jìn)SOFC商業(yè)化應(yīng)用，就要盡可能降低SOFC的操作溫度。然而隨著操作溫度的降低，陰極極化電阻和電解質(zhì)歐姆阻抗新增會(huì)導(dǎo)致電池整體性能急劇下降，且陰極氧還原活性的降低成為SOFC實(shí)現(xiàn)低溫商業(yè)化的重要瓶頸。

目前，提高陰極氧還原活性的途徑重要包括通過優(yōu)化電極微觀結(jié)構(gòu)和流道宏觀結(jié)構(gòu)以提高性能，以及尋找新型電極材料以適應(yīng)低溫操作的要。由于電極微觀形貌和流道宏觀結(jié)構(gòu)調(diào)控在長(zhǎng)時(shí)間高溫操作中形貌和結(jié)構(gòu)易坍塌，不合適商業(yè)化應(yīng)用。因此，開發(fā)新型的高性能陰極材料變得尤為重要。開發(fā)高性能陰極材料的途徑重要包括金屬陽離子摻雜、復(fù)合陰極以及浸漬法等。雖然相關(guān)于鈷基鈣鈦礦氧化物，鐵基陰極具有相對(duì)較低的氧還原活性，但較低的熱膨脹系數(shù)和較高的穩(wěn)定性使鐵基陰極具有更好的商業(yè)應(yīng)用前景。因此，開發(fā)高性能的鐵基鈣鈦礦氧化物陰極材料成為SOFC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

近期，南京工業(yè)大學(xué)邵宗平教授及其研究團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)開發(fā)高性能SOFC陰極材料策略方面取得了重要進(jìn)展。采用溶膠凝膠聯(lián)合絡(luò)合法制備了鐵基SrFeO3–σ-δFσ和SrFe0.9Ti0.1O3–σ-δFσ(σ=0.00、0.05和0.10)鈣鈦礦氟氧化物，研究發(fā)現(xiàn)F元素?fù)诫s以后的SrFeO3–σ-δFσ和SrFe0.9Ti0.1O3–σ-δFσ(σ=0.05和0.10)都展現(xiàn)出了相關(guān)于它們母體氧化物較高的氧還原活性，如SrFeO3-δ，SrFeO2.95-δF0.05和SrFeO2.90-δF0.10在600C時(shí)的阻抗值依次為0.875，0.393和0.491Ωcm2，其中阻抗減小的幅度完全可以和金屬陽離子摻雜B位摻雜引起的效果相媲美。更為重要的是，陰離子氧位摻雜的SrFeO2.95-δF0.05氟氧化物在作為氧還原電極時(shí)還具有良好的穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作是陰離子氧位摻雜鈣鈦礦氧化物在SOFC陰極材料中應(yīng)用的首次報(bào)道。和此同時(shí)，也可以在一些高性能的鈷基鈣鈦礦材料的氧位摻雜一些其它非金屬陰離子(Cl–，S2-，N3-)來進(jìn)一步提高其性能，如Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ，SrCo0.9Nb0.1O3–δ，SrCo0.8Nb0.1Ta0.1O3–δ等。因此，這為開發(fā)高性能SOFC陰極材料供應(yīng)了新的方向。

相關(guān)工作發(fā)表在AdvancedEnergyMaterials（DOI:10.1002/aenm.201700242）上。文章第一作者為南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院博士研究生張振寶。