一个标准的固体氧化物燃料电池(SOFC)主要由阳极、阴极和电解质三部分构成。SOFC的阴极材料必须同时具备催化还原氧分子,传递氧离子以及传递电子的能力。一般将锰酸锶镧用于固体氧化物燃料电池的阴极材料。为了达到可用的输出功率密度,传统的SOFC的工作温度必须保持在800C以上。但过高的工作温度会使得电池在长时间工作后性能严重下降,这就使得传统SOFC无法满足工业化的需求。因此,中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)得到了人们的广泛关注。由于IT-SOFC通常工作在600-800C,传统的锰酸锶镧在此温度范围将不再具有优良的性能。所以,寻找高性能的阴极材料对于IT-SOFC的实际应用至关重要。一般来说,钴基材料在中温范围内相比其他材料来说具备更高的离子导电性与电子导电性,因此含有钴的阴极材料往往具有很低的极化阻抗值。但是,材料中大量钴的存在同时会造成过高的热膨胀系数,这会造成阴极在电解质上剥离或者使电解质发生破碎。铁掺杂的镍酸盐在中温条件下具备较好的电子传输能力,适中的热膨胀系数以及良好的相稳定性,因此这类材料也是一种可选的IT-SOFC阴极材料。我们用溶胶-凝胶法合成了无钴的PrNi0.6Fe0.4O3δ(PNF)阴极材料,评价了其用作IT-SOFC阴极材料的可行性,并对该材料进行了一系列测试。XRD研究结果表明,这种材料在常温下是正交相的钙钛矿结构;PNF材料与Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)电解质在950C以下有着良好的化学兼容性。材料电导率的测试结果表明,空气气氛中PNF材料在850C时电导率达到最大值,为98S cm1。热膨胀系数的测试结果表明,空气气氛下PNF材料在30-950C范围内的平均热膨胀系数是11.2×106K1,非常接近常用电解质材料的热膨胀系数。800C时PNF材料与SDC电解质之间的极化阻抗值是0.202Ω cm2;在PNF电极上浸渍了SDC后,PNF-SDC复合阴极与SDC电解质之间的极化阻抗值降到了0.013Ω cm2。以300μm厚的SDC材料为电解质,PNF材料为阴极的单电池在800C时最大输出功率密度达到了331mW cm2;相同条件下,SDC浸渍的PNF-SDC复合阴极组成的电池,最大输出功率密度提高到544mW cm2。SDC浸渍后的复合阴极材料经过了20h的稳定性测试,单电池的性能只有少量下降,表明该阴极材料具有优良的电化学稳定性。上述结果表明,PNF是一种很有希望的IT-SOFC阴极材料,离子注入法是一种提高阴极材料性能的有效手段。我们用溶胶-凝胶法合成了SrCo0.95Mo0.05O3δ与SrCo0.9Mo0.1O3δ两种材料,并评价了其用做IT-SOFC阴极的可行性。XRD研究结果显示,经过1000C烧结10h,这两种材料均为四方钙钛矿结构;而且这两种材料与SDC和LSGM两种电解质材料在950C下均具有良好的化学兼容性。SrCo0.95Mo0.05O3δ阴极材料的电导率在400C时达到最大值,是286S cm-1;SrCo0.9Mo0.1O3δ阴极材料的电导率在350C时达到最大值,是170S cm-1。热膨胀测试结果显示,这两种材料的热膨胀系数都比较高。交流阻抗的研究结果显示,SrCo0.95Mo0.05O3δ阴极材料与LSGM电解质之间的极化阻抗值在800C时是0.020Ω cm2;相同的温度下,SrCo0.9Mo0.1O3δ阴极材料与LSGM电解质之间的极化阻抗值为0.026Ω cm2。以300μm厚的LSGM材料为电解质,SrCo0.95Mo0.05O3δ材料为阴极的单电池在800C时的最大输出功率密度是795mW cm2;以SrCo0.9Mo0.1O3δ材料为阴极的单电池在相同温度下的最大输出功率密度是687mW cm2。这些研究结果显示,这两种材料都是有希望的IT-SOFC阴极材料。