DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.05.272

为了提供一种中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFCs）用高性能无钴正极，本研究通过静电纺丝法合成了一系列La0.8Sr0.2Fe1-xCuxO3-δ（LSFCux,x=0.0–0.3）纳米纤维正极。研究了不同Cu掺杂量对LSF纳米纤维正极材料晶体结构、纤维形貌和电化学性能的影响。结果表明，经800℃煅烧2h后，得到结晶度较高的钙钛矿结构样品。电纺纳米纤维具有连续的形貌，其平均直径约为110nm。此外，La0.8Sr0.2Fe0.8Cu0.2O3-δ（LSFCu2）纤维正极表现出最佳的电化学性能，650℃时极化电阻（Rp）为0.674Ω/cm2。Cu的掺杂将低频段的主要控制步骤从氧分子的解离转变为电极上的电荷转移，Ni-SDC/SDC/LSFCu2单电池在650℃下的最大功率密度（Pm）达到362mW/cm2。

图1.（a）La0.8Sr0.2Fe1-xCuxO3-δ（LSFCux，x=0.0-0.3）纳米纤维正极经800℃煅烧后的XRD图谱；（b）主峰放大图；（c）LSFCu2纳米纤维、SDC粉末和LSFCu2-SDC混合粉末的XRD图谱。

图2.La0.8Sr0.2Fe1-xCuxO3-δ（LSFCux，x=0.0-0.3）纳米纤维经800℃煅烧后的SEM照片及纤维直径分布。（a）x=0.0，（b）=0.1，（c）=0.2，（d）=0.3。

图3.LSFCu2粉末和纤维正极样品的氮气吸附/解吸曲线。

图4.（a）-LSFCu0、（b）-LSFCu1、（c）-LSFCu2、（d）-LSFCu3正极分别在600℃和650℃下测量的电化学阻抗谱（EIS）。

图5.（a）-（d）（a）-LSFCu0、（b）-LSFCu1、（c）-LSFCu2和（d）-LSFCu3正极在600℃以及不同氧分压（PO2）下的电化学阻抗谱（EIS）。

图6.600℃下LSFCu0和LSFCu2正极的RPH和RPL曲线与氧分压（PO2）的关系。

图7.La0.8Sr0.2Fe1-xCuxO3-δ（LSFCux，x=0.0-0.3）正极的RP Arrhenius图。

图8.La0.8Sr0.2Fe1-xCuxO3-δ（LSFCux，x=0.0-0.3）正极经850℃煅烧后的形貌SEM照片：（a）=0.0；（b）=0.1；（c）=0.2；（d）=0.3。

图9.（a）负极支撑单电池横截面的BSE图像，（b）正极和电解质的放大图，（c）正极的放大图。

图10.NiO-SDC/SDC/LSFCu2负极支撑单电池在500-650℃下的性能输出曲线。

图11.配备LSFCu2正极的单电池在500-650℃下的电化学阻抗谱（EIS）。

图12.LSFCu2正极单电池在恒流下的电压变化。