La2Ni0.8Cu0.2O4 δ的阴极电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，受能源危机的冲击和环境问题的影响，人们迫切地希望找到一种方法来根本性地解决这一系列问题，燃料电池作为一种节能减排的途径被广泛地认可。其中固体氧化物燃料电池（sofcs）效率高、对环境友好、燃料适应性广，被认为是一种有前途的下一代电源。近几年已经对sofcs做了大量的研究工作，使其反应温度减少至中温范围（600-800 ℃）。降低反应温度能提高电池的长期稳定性，优化生产工艺。同时，电池工作温度的降低导致电极极化损失急剧增加，其中，阴极极化损失的增大尤为明显。因此，研制和发展具有高电化学催化活性的阴极材料是发展中温sofcs的关键。

过去关于sofc阴极的研究主要集中在la_1-xsr_xmno_3-δ（lsm）和la_1-xsr_xco_yfe_1-yo_3-δ(lscf)等钙钛矿结构氧化物。lsm是一种纯电子导体，在1000 ℃时具有高的导电率（~400 s·cm^-1），但是，对于纯电子导体阴极来说，对氧还原反应发生在阴极/电解质界面，不利于阴极对氧还原催化反应的进行。la_1-xsr_xco_yfe_1-yo₃(lscf)具有电子-离子混合导电性能，在中温范围内具有良好的导电性能、氧离子传输性能和氧交换性能。关于lscf阴极电化学性能的研究表明lscf具有优良的氧还原催化活性。然而，这种材料的化学稳定性太低（容易与ysz电解质发生反应），热膨胀系数太大（~15×10^-6 k^-1），这些限制其在sofcs上的应用。

近年来，具有k₂nif₄结构的ln₂mo_{4 δ}材料体系引起了越来越多研究者的关注。ln₂mo_{4 δ}材料具有良好的化学稳定性，能够和大多数传统电解质相容等优点。ln₂mo_{4 δ}(ln=la、nd或pr)体系材料的热膨胀系数（~13×10^-6 k^-1）和大多数传统的sofcs电解质（ysz、sdc、lsgm等）相匹配，具有很大的开发潜力，因此成为中温sofc阴极材料研究的新热点。在ln₂mo_{4 δ}材料体系中，la₂nio_{4 δ}材料的综合性能最好。目前对于la₂nio_{4 δ}阴极电化学性能的研究已经有了一些报道，在800 ℃时，la₂nio_{4 δ}阴极的极化电阻为0.38 Ω·cm²，lno/sdc/ysz/ni-sdc单电池的最大输出功率为464 mwcm²。然而与lscf相比，la₂nio_{4 δ}阴极电化学催化活性有待改善。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容：

在以下内容中，我们将la₂nio_{4 δ}、la₂ni_0.8cu_0.2o_{4 δ}、ce_0.8sm_0.2o_1.9分别简称为ln、lnc、sdc。

本次研究基本分成三个部分

3. 研究计划与安排

第1－3周。查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周。合成与制备，包括粉体的合成、电极的制备。

第7－12周。性能测试及数据处理。主要包括：采用电化学工作站进行la₂ni_0.8cu_0.2o_{4 δ}电极的电化学性能测试，采用zview软件对电化学电池阻抗谱进行解析，以及后续的画图和数据分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 黄端平. 层状结构la₂nio_{4 δ}体系混合导体的化学合成、结构与性能研究[d]. 武汉理工大学, 2006.

[2] 赵凯. la₂nio_{4 δ}多孔电极的显微结构与电化学性能研究[d]. 武汉理工大学, 2011.

[3] zhao h, li q, sun l p. ln₂mo₄ cathode materials for solid oxide fuel cells[j]. science china chemistry, 2011, 54(6): 898-910.