固态氧化物燃料电池（SOFCs）是高效且清洁的能源转换设备，但其市场化过程中的一大挑战是不同组件材料在高温工作条件下的不稳定性。在SOFCs从低温组装到高温使用的过程中，存在一定的内部应力梯度，这是由于具有不同热膨胀特性的材料之间的应力梯度，这是这种不稳定性的主要原因，导致燃料电池无法重复启停，以及长期稳定性性能的快速衰减。为了改善上述问题，提出了一种创新的燃料电池界面整体调控概念，将SOFCs中不同组件之间复杂的界面简化为统一且可调的准零差热膨胀界面。采用高催化活性电极材料和高稳定性负热膨胀材料的复合物用于电解质支撑结构对称电池，使整个电池的“三明治”结构在热力学和力学上兼容。作为概念验证，经典的高催化性能电极材料La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)和具有高化学稳定性和机械稳定性的NdMnO3(NM)负热膨胀材料以等比例复合，形成LSCF@NM电极作为电解质支撑上的对称电极。LSCF和NM显示出优秀的化学兼容性，并且在LSCF和NM的接合处，两相晶格紧密结合。在等比例复合后，LSCF@NM材料的热膨胀曲线可以与GDC的热膨胀曲线高度吻合，使得具有LSCF@NM电极的单电池可以承受25次功率热循环而不出现显著的性能衰减，在800℃下达到442 mW cm-2的峰值功率密度，并在140小时内保持稳定，没有任何降解。这些结果表明，使用负热膨胀材料调控电极策略有望实现整体零差热燃料电池配置。
相关研究成果以Tuning the thermo-mechanical synergies effect of solid oxide fuel cells with negative thermal expansion NdMnO3 in La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-based symmetric electrode为题发表在Chemical Engineering Journal上，其中张金秋为第一作者，中国矿业大学材料与物理学院的凌意瀚教授，高源老师为通讯作者。
题目：Tuning the thermo-mechanical synergies effect of solid oxide fuel cells with negative thermal expansion NdMnO3 in La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-based symmetric electrode
作者：Jinqiu Zhang, Kai Song, Yuan Gao, Ruoyu Li, Yang Yang, Xing Gao, Dong Tian, Yihan Ling
链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152063
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