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文献综述
文 献 综 述
1 引言
近年来，随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求日益增加。从长远的角度出发，为在根本上解决能源危机问题，人们开始探寻使用新型的绿色清洁能源，但受制于目前的科技水平，在未来较长的一段时间内，化石能源将依然是人类生产生活的主要能源。尽管如此，无论是传统化石能源的高效化、无污染化利用，还是新型可再生能源的开发与利用，都需要有先进的能源技术作为支撑，以实现能源的高效清洁利用。因此，研发新型能源利用技术迫在眉睫[1]。
燃料电池是一种新型的能源转换装置。自19世纪问世以来，得到了人们广泛的关注与青睐[2,3]，因其具有高效、环境友好、安静、可靠性高等特点，被视为极具发展前景的能源装置[4-6]。目前已研制出多种燃料电池，按其所使用电解质进行分类有：碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）[4,7]。图1给出了上述各类燃料电池的工作原理示意图。
图1 各类燃料电池的工作原理示意图[8]
作为一种可将储存在燃料及氧化剂等反应物中的化学能通过化学反应直接转换为电能的电化学发电装置，固体氧化物燃料电池（SOFCs）在具备其他几种燃料电池高能量转换效率、环境友好型等共同特性的同时，还具有全固态结构、燃料选择范围广等优点[9-11]。SOFCs以其优越的特性，而受到人们的广泛关注，在能源领域具有非常广阔的研发前景。
迄今为止，SOFCs并没有实现大规模的商业化生产，SOFCs较高的工作温度是限制其面向市场投产的重要影响因素。在较高的温度下，SOFCs相继出现材料匹配性、耐久性问题、运营成本高等多种阻碍[12,13]。近年来越来越多的研究者开始探索如何在保持所需各项输出性能的同时，将SOFCs的工作温度降低到中温范围(Intermediate Temperatures, IT; 600-750℃)。然而，随着工作温度的降低，阴极材料的欧姆电阻、极化电阻急剧增大， ORR催化活性急剧减小，材料性能的下降最终将引起电池整体性能明显降低[14]。鉴于此，亟需开发一种具有足够高活性，并中温条件下稳定的高性能阴极材料。
人们对钙钛矿结构、双钙钛矿结构等多种阴极材料进行了大量的研究，尽管在这些方面取得了一定程度的进展，但这些材料都依然存在着种种缺陷和不足，限制其走向实际应用。三重钙钛矿结构材料以其优异的性能最先应用于超导领域，而在电化学领域的应用研究尚未大规模展开。三重钙钛矿结构具有较高的氧空位浓度，可以有效地提高阴极ORR的进行。Kim[15]等人报道了一种三重钙钛矿结构NBCFM材料作为SOFCs阴极，展现了良好的电催化活性。鉴于此，我们将在此基础上进一步探究三重钙钛矿结构材料NBCFM在SOFCs阴极材料领域的应用。本文主要对SOFCs阴极材料进行了综述，重点介绍SOFCs阴极反应机理及IT-SOFCs阴极材料的研究进展。
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