固体JD足球反波胆APP下载化物电池(SOC)是效率最高的电化学能量转换技术之一，在可逆模式(R-SOC)运行时能够高效发电(SOFC模式)，或将可再生电力转化为化学品储存(SOEC模式)，实现电能与化学能之间的高效灵活转换。SOC单电池是典型的多层薄膜陶瓷器件，由JD足球反波胆APP下载电极、电解质和氢电极等组成，目前应用较广的是以YSZ(Y2O3稳定ZrO2)为电解质的Ni-YSZ氢电极支撑单电池，因其实现了电解质薄膜化，在700–800°C中温区间具有较高的性能输出，但面临JD足球反波胆APP下载电极/电解质界面元素扩散、JD足球反波胆APP下载电极剥离、氢电极中Ni金属团聚等化学兼容性和结构稳定性问题。因此，大量文献报道中的研究工作围绕新型材料体系开发、制备工艺及运行方法优化等方面开展。


在诸多氢电极支撑固体JD足球反波胆APP下载化物电池的文献报道中，均存在R-SOC电化学性能不对称现象，即在相同偏压(相比于开路电压)数值下，SOFC发电和SOEC电解电流密度不一致的现象，通常为发电性能优于电解性能，但该不对称现象并未得到深入研究。Ebbesen等认为，SOFC发电模式中的放热反应和SOEC电解中的吸热反应导致的温差是产生R-SOC电化学性能不对称的因素之一。


Kishimoto等通过实验研究并结合模拟计算发现，在j–V曲线的活化与浓差极化区都表现出不对称行为，活化区的不对称性主要是电荷转移系数不等引起的，浓差极化区的不对称性则与克努森扩散效应引起的JD足球反波胆APP下载和水蒸汽的非等摩尔反向扩散有关；因此认为R-SOC电化学不对称现象主要与氢电极微观结构有关，并提出优化氢电极孔隙率和孔径可以增强气体扩散、减弱不对称性。而在关于电解质支撑固体JD足球反波胆APP下载化物电池的相关报道中8,9，R-SOC的电化学性能呈现出良好的对称性，这进一步说明R-SOC的不对称现象主要由氢电极扩散阻抗引起。


在SOC单电池中，隔离层不仅需要阻挡JD足球反波胆APP下载电极和电解质之间的化学反应，还应具有较高的JD足球反波胆APP下载离子电导率和较强的界面结合能力。研究表明，通过优化隔离层可显著提升SOC性能和稳定性，比如采用多种方法提高隔离层致密度，从而减小电解质欧姆阻抗、阻挡JD足球反波胆APP下载电极Sr等元素的迁移扩散。但是上述研究主要关注于电解质、隔离层和阴极之间的化学反应、元素扩散、界面杂相等方面，缺乏隔离层对R-SOC电化学不对称性影响的研究。在前期工作中，我们提出了一种水热原位生长制备致密薄膜GDC(Gd2O3掺杂CeO2)隔离层的方法，同时降低了单电池欧姆阻抗和极化阻抗，实现了SOFC模式下的高性能稳定运行。相比于物理气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射等多种先进镀膜技术，水热原位生长技术的成本低、能耗小、放大均一性高，具有非常好的应用前景。


基于此，本文基于两种孔隙率不同的Ni-YSZ氢电极支撑单电池，系统研究并对比了丝网印刷制备的多孔GDC隔离层和水热原位生长的致密薄膜隔离层对SOC性能的影响，探究了R-SOC电化学不对称性的影响机理及其调控方法。


1、实验


1.1单电池制备


本文制备了四种Ni-YSZ氢电极支撑单电池。


其中，小孔氢电极支撑半电池来自徐州华清京昆能源有限公司，于1320°C烧结后YSZ电解质厚度物理化学学报Acta JD足球反波胆APP下载ys.-Chim.Sin.2025,41(1),100005(3 of 7)约为13μm；大孔氢电极支撑半电池为实验室共流延-共烧结制备，制备方法与前期文献20报道类似。具体地，阳极支撑体中加入了10%(wt.)球形石墨和淀粉(质量比1:1)作为造孔剂，半电池共烧结温度为1320°C，烧结后YSZ电解质厚度约为16μm。