DOI: https://doi.org/10.1021/acsaem.4c01568
本论文中报导了一种提升大面积（100 cm2）复合阴极La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ (LSCF-GDC)性能的策略，该复合阴极具有卓越的电化学性能和化学稳定性，通过使用Sm0.5Sr0.5CoO3-δ/Ce0.8Sm0.2O2-δ(SSC-SDC)纳米催化剂进行表面修饰，性能进一步提升。SSC-SDC纳米粒子在LSCF-GDC主干上分散均匀，显著提升了阴极的ORR动力学和电化学性能。通过调控浸渍次数来控制SSC-SDC的浸渍量，在700℃和60 A下，一次浸渍和二次浸渍分别实现功率为46.48 W和53.16 W，对于商业规格的SOFC而言，该性能是重大突破。而且由于浸渍的纳米催化剂可以抑制纳米颗粒烧结长大，该SOFC可以在700℃和30 A下，1500h内保持稳定。这项研究提供了一种实用的方法，以实现纳米复合材料渗透的潜力，改善 SOFC 阴极材料的表面，促进当前 SOFC 技术的商业化。
图中展示了阳极支撑的扁管状电池，复合阴极的面积达到100 cm2。
图中展示了浸渍过程，可以从示意图中看到电池电解质为YSZ，GDC作为保护层，在LSCF-GDC中浸渍SSC-SDC纳米颗粒，LSCF作为集流层。
从XRD中可以确定SSC-SDC以及LSCF-GDC之间的化学相容性，没有杂相的生成确保了离子、电子的传导，确保了催化活性。
图中展示了电池的微观结构，可以明显看到电解质的厚度非常薄。在阴极结构中，浸渍之后可以明显看到纳米颗粒，且浸渍两次与浸渍一次相比，颗粒数目和大小都明显增加，这会导致性能的明显差异。
在HAADF-STEM中，从元素分布可以进一步确认纳米颗粒的元素组成，即SSC-SDC。
图中展示了未浸渍、一次浸渍和二次浸渍的电化学性能对比，可以看到在所有温度下，二次浸渍之后的电池性能都是最高的，这和浸渍之后的欧姆和极化阻抗的降低有关，在浸渍之后，欧姆阻抗和极化阻抗都显著降低。采用DRT对EIS作了进一步解释，可以看到划分四个峰，在浸渍之后所有频率的响应都显著降低。P1对应阴极功能层的电荷传导动力学，这和阴极的混合离子电子传导性质有关，表明浸渍可以促进电荷传导过程。P2对应阳极的电荷电荷传导和氢气氧化过程，P2降低可能与阴极促进了氧传导有关。P3与氧还原反应有关，包括氧表面反应和氧离子向阴极主体扩散过程，表明浸渍的纳米催化剂提升了该过程。P4则代表阴极氧表面反应和气体向阴极以及阳极扩散的过程。可以总结浸渍的SSC-GDC显著促进了混合离子电子电荷传递过程，表面交换和气体扩散过程。
电池都展现了极佳的稳定性，二次浸渍的电池测试时间达到1500h，性能没有出现明显下降。对于测试之后的电池微观结构，可以发现没有明显的纳米颗粒聚集，这有助于提升电池的稳定性。
图中对SSC-SDC的提升作用作出了直观展示，TPB明显扩展，反应面积反应活性位点都显著增加，本论文报道的性能明显居于较优的行列。
对于大电池而言，研究者普遍关注的是稳定性。采用商业的阳极和阴极材料，电池性能已经可以实现很优，提升长期稳定性是重中之重。本论文通过浸渍纳米催化剂，拓展了反应的活性位点，性能获得显著提升，且具备优异的长期稳定性。本论文中采用商业的阳极支撑的扁管状电池，其电解质很薄，微观结构很优，其制备工艺应该是非常值得学习掌握的。
