静电纺丝法制备Ln2CuO4阴极材料及其电化学性质研究

铜系K2NiF4结构复合氧化物是一种电子离子混合导体，该类材料具有较高的氧扩散系数和表面交换系数，且与电解质CGO热匹配良好，是不可多得的SOFC阴极材料。本论文采用静电纺丝法制备了La2-xSrxCuO4（x=0-0.5）纳米纤维阴极材料。利用XRD、SEM、TG-DTA、TEM等测试手段对材料进行了全面的物性表征，并采用电化学阻抗仪测试材料的电化学性能。实验中得到了不同微观形貌的纳米纤维，详细的研究了纤维形貌的形成机理。研究结果表明，纺丝前驱溶液中高分子聚合物和无机盐的浓度造成了纳米纤维形貌的差别。测试了纳米线、纳米管和纳米带三种不同形貌的La2CuO4纳米纤维的阻抗值，发现纳米管阻抗值最小，750℃时为0.43Ω·cm2。电极上电化学反应的速率控制步骤为氧离子从三相界面向电解质的转移过程。为提高阴极性能，我们制备了La2-xSrxCuO4纳米管阴极材料。结果显示，La1.6Sr0.4CuO4（LSCO）纳米管电极在750℃时电极极化电阻为0.21Ω·cm2。电极反应的速率控制步骤主要分为两个区域，在相对较低氧分压下，其速率控制步骤是氧离子从三相界面向CGO电解质的转移过程；在较高氧分压条件下，其速率控制步骤是电荷的转移过程。最后，为了进一步优化阴极性能，进行了LSCO-Ag和LSCO-CGO复合阴极的研究。结果表明，其中CGO含量为30%时电极性能最好，750℃下极化电阻为0.17Ω·cm2，低于同温度下LSCO电极的极化电阻。