随着世界经济的快速发展,许多新型能源转换技术的出现,不仅能够减少环境污染,而且能够满足日益增长的能源需求。固体氧化物燃料电池由于其具有能源转换效率高、排放低和燃料适配性优异等特点,已成为新型能源领域不可忽略的竞争者。传统的固体氧化物燃料电池采用8 mol%Y2O3稳定的Zr O2(即YSZ)作为电解质,由于其工作温度高达800-1000 oC,从而易导致电解质与电极材料之间的界面反应、各组分间的热膨胀系数不匹配以及封接材料难以选择等一系列问题。因此,发展中温(500-800 oC)固体氧化物燃料电池势在必行。但是工作温度降低至中温会导致阴极与电解质之间的界面极化电阻快速增加,所以有必要大力发展适用于中温固体氧化物燃料电池的电解质和阴极材料。理想的电解质材料必须具备两个条件:较高的离子电导率和充分的化学稳定性。近年来,Ba Zr0.1Ce0.7Y0.2O3-α(BZCY)由于其高的质子电导率和充分的化学稳定性而广泛应用于中温固体氧化物燃料电池的电解质材料。本论文着重对无钴双钙钛矿型阴极材料及其燃料电池的电化学性能进行了探索性研究。研究的主要内容和成果如下:采用硝酸盐-柠檬酸法制备了新型系列无钴的阴极材料Nd Ba Fe2-x Mnx O5+δ(0.00≤x≤0.30),XRD结果显示它们均为立方相的双钙钛矿结构。通过电化学工作站测试了系列阴极材料在空气气氛中300-800°C下的电导率及典型样品Nd Ba Fe1.9Mn0.1O5+δ(NBFM10)的电导率随氧分压的变化。研究发现:系列阴极材料的电导率随着温度升高呈现先增大后减小的趋势,在550°C时达到最大值;系列阴极材料在550 oC时的电导率随着Mn掺杂量的增大也呈现先增大后减小的趋势,在Mn掺杂量为0.10时电导率达到最大值为114 S cm-1;在1-10-10 atm的氧分压范围内,NBFM10的电导率随着氧分压的升高而增大,表明该样品的p-型导电行为占主导地位。以BZCY-NBFM10为复合阴极、BZCY薄膜(膜厚约30?m)为电解质、Ni O-BZCY为复合阳极组装成H2/Air燃料电池,测试了该电池500-700°C下的性能,该电池在700 oC时的最大输出功率密度为453 m W cm-2,界面极化阻抗低至0.06Ωcm2。采用高温固相反应法制备了新型系列无钴的阴极材料Nd Ba Fe2-y Nby O5+δ(0.00≤y≤0.30),XRD结果显示它们均为立方相的双钙钛矿结构。通过交流阻抗谱法测试了该系列阴极材料在空气气氛中300-800°C下的电导率及典型样品Nd Ba Fe1.9Nb0.1O5+δ(NBFNb10)在N2、Air、O2气氛中不同温度下的电导率。NBFNb10的电导率随着气氛中氧分压的增加而增大,在N2、Air和O2气氛中电导率的最大值分别为101 S cm-1、109 S cm-1、119 S cm-1。以BZCY-NBFNb10为复合阴极组装成H2/Air燃料电池Ni O-BZCY|BZCY|BZCY-NBFNb10,测试了该电池在500-700°C下的性能。结果显示,该电池在700 oC时的最大输出功率密度为392 m W cm-2,界面极化阻抗为0.14Ωcm2。以上研究结果表明,Nd Ba Fe1.9Mn0.1O5+δ和Nd Ba Fe1.9Nb0.1O5+δ是新型的中温固体氧化物电池的阴极材料。