- 上一篇：ANSYS金属挤压成形有限元分析
- 下一篇：4H-SiC晶体中Shockley层错的TEM观察
阴极具有阴极的催化氧气传导氧离子性能以及较高的电子导电能力，所以也被称作空气电极，阴极材料作为在燃料电池中重要组成部分应该具有以下性能:
（1）电导率。阴极材料在工作时处于氧化气氛之中，应尽可能减少欧姆极化以保证较高的电子电导率。
（2）稳定性。阴极工作时，逐渐升高的温度预氧化环境要求阴极材料必须具有稳定的性能、晶型和外形尺寸，并且反应应保证平稳，不能过于剧烈。
（3）热膨胀性。再升温到工作温度过程中，阴极材料应和其他材料热膨胀系数是否匹配非常关键，若没有匹配的热膨胀系数就会导致变形、开裂、脱落等不良后果。
（4）相容性。在工作温度下，阴极材料必须保持与周围其他组元的化学稳定性，即不能和相邻组元发生化学反应，不然会生成第二相阻碍电池运作。
（5）多孔性。足够气体的通透依赖于足够的孔隙率，而且传质和力学强度也需要孔隙的数量来保证。
（6）催化性。较高的催化性以及离子传输性能有利于电池的高效运作。
1.3 复合阴极材料的分类
复合阴极总体上分为传统复合阴极与纳米复合阴极。
1.3.1 传统复合阴极
（1）阴极材料与电解质材料复合的阴极
低温下阴极材料的过电位一直是影响电池在低温下工作的因素之一。研究表明，在电极材料中加入一定量的电解质材料制成复合阴极后，阴极活性得到了提高。复合阴极研究的内容之一就是YSZ-LSM的阴极。在La1-xSrxMnO3(LSM)中加
入YSZ将阴极反应从二维方向扩展为三维方向，增加了三相区。O2电化学还原反应控制步骤从纯LSM上的氧的解离吸附转变为在YSZ掺杂的LSM电极三相界面处的O2-向电解质迁移的过程。YSZ的加入同时减小了极化电阻。Kenjo等[8]报道了在LSM 中加入50％YSZ，使阴极极化电阻从0．77Ω/cm2降至0.16Ω/cm2；卢自桂等[9]人在研究中发现，LSM 中加入的YSZ质量分数为40％时，电极性能最好，电化学极化电阻约为1.18Ω/cm2，电极反应活化能从2.04 eV降低到1.14 eV，阴极活化过电位在l mA/cm2电流密度范围内小于l00mV。
Piao[10]等人LSM-YSZ复合阴极是通过丝网印刷法制备的，通过制备过程中，需要许多工艺参数优化，比如黏结剂的种类、丝网印刷板的类型、烧结温度与时间等，调试各个因素的参数设法最大化电池效能。通过多次试验得出，将乙基纤维素作为黏结剂制备复合阴极，用目数为120的丝网进行印刷，在1200℃下持续烧结2h可以使电池的总体性能最佳。复合阴极通过上述方法制备后，在850℃下极化电阻为0.2027Ωcm2，在800℃下为0.2463Ωcm2，在750oC下为0.5168Ωcm2。
Zhang[11]等人制备了La0.8Sr0.2MnO3(LSM)-YSZ与LSM-La0.4Ce0.6O1.8(LDC) 双层复合阴极，并以阳极为支撑，YSZ薄膜为电解质。单以LSM-YSZ或LSM-LDC为阴极性能明显不如双层复合阴极的性能良好，因为氧在双层复合阴极上进行电化学反应所需活化能较小，氧的还原速率加大，而且LDC中Ce4+/Ce3+的氧化还原性质使氧在双层复合阴极上的还原反应的速率加大，所以在650℃下，采用的LSM-LDC电池功率密度分别比非双层的高52％，而LSM-YSZ双层复合阴极电池比非双层的高175％，而两者极化电阻分别比各自非双层的电池低25％和51％。
Li等人[12]对Ce0.8Sm0.2O1.9 (SDC)和Ba0.5Sr0.5Co0.6Fe0.4O3(BSCF)组成的复合阴极进行了研究。在烧结BSCF和SDC的过程中，X衍射图谱显示SDC晶体中向BSCF晶体扩散的少量Sm3+部分取代BSCF中的Ba2+，B位上的Co和Fe离子会发生还原反应以保持电中性，可以是的阴极的电导率提高。而且BSCF的热膨胀系数的大幅下降是由于加入了SDC，是的BSCF与电解质SDC的热膨胀系数相匹配。当30％wt SDC(BSCF-SDC30)加入到BSCF时，能够使极化电阻最小化。550℃下，BSCF-SDC30的极化电阻为0.298Ωcm2，为纯BSCF的1.7。