中温固体氧化物燃料电池是一种很有前途的直接转换能源的装置。用催化剂涂层进行表面改性已被证明是提高阴极ORR活性和耐污染性的有效的方法。催化剂涂层可以增加活性中心的数量，并保护LSCF免受污染物的影响。目前已经开发了几种类型的催化剂，包括贵金属(例如，钯、银和钌)、氧离子传导氧化物、混合离子和电子导体和含Ba的化合物。然而，贵金属污染造成的高成本和快速降解限制了其应用。中温固体氧化物燃料电池是一种高效的能量转换系统。缓慢的氧还原反应和阴极的退化是固体氧化物燃料电池商业化的关键挑战。日前，美国佐治亚理工学院刘美林教授，电子科技大学何伟东教授，华南理工大学陈宇教授等报道了一种高效的多相(MP)催化剂涂层，由Ba1-xCo 0.7Fe 0.2 Nb 0.1 O 3-δ(BCFN)和BaCO3组成，以提高最新镧锶钴铁氧体(La0.6 Sr0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3-δ，LSCF)阴极的ORR活性和耐久性。相关论文以题Enhancing Oxygen Reduction Activity and Cr Tolerance of Solid Oxide Fuel Cell Cathodes by a Multiphase Catalyst Coating发表在Adv. Funct. Mater。
https://doi.org/10.1002/adfm.202100034
在650℃时，共形金属磷催化涂层LSCF阴极的极化电阻为0.048cm2，比裸露的LSCF阴极小一个数量级。在加速铬中毒试验中，催化剂涂层LSCF电极在200小时内的降解率为10-3cm 2·h-1(0.59% h-1)，仅为裸LSCF电极在750℃下降解率的1/4。此外，阳极支撑的单电池(具有MP催化剂涂层的LSCF阴极)显示出显著提高的峰值功率密度(750℃下为1.4 W·cm-2 vs. 0.67W·cm-2)，并提高了对铬和H2O的耐久性。实验结果和基于密度泛函理论的计算都表明BCFN相提高了ORR活性，而BaCO3相提高了LSCF阴极的稳定性。
图1.具有MP催化剂涂覆的LSCF阴极的燃料电池堆的示意图，其具有增强的ORR活性和改善对污染物的耐受性（Cr和H2O）。
图3.裸LSCF和MP催化剂涂覆的LSCF电极的EIS和DRT分析。
图4. A）裸LSCF和催化剂涂覆的LSCF电极的偏振电阻作为时间的函数，在干燥空气中在750℃下的开路电压（OCV）条件下测量的示意图
图5.通过MP催化剂涂层解开增强LSCF阴极的ORR活性和稳定性的机制。
总的来说，本文开发了一种具有高电催化活性的电力催化剂，用于ORR和对水蒸气和Cr中毒的优异耐受性。MP催化剂涂覆的LSCF阴极具有非常低的偏振电阻，比LSCF阴极小的一个量级。在典型的燃料电池操作条件下，MP催化剂涂覆的LSCF阴极也表现出对H2O和CR的优异耐受性。更重要的是，具有MP催化剂涂覆的LSCF阴极的单细胞表现出高峰功率密度，并意味着增强耐久性。高性能归因于BCFN相的改进的ORR活性以及通过实验测量和基于DFT的计算对BaCO3阶段的增强耐久性的提升。（文：SSC）
