1、目的

电气绝缘性物质的内部生成是固体氧化物燃料电池（SOFC）劣化的主要原因之一是。其中，SOFC中主要生成的是SrZrO₃。众所周知，SrZrO₃是在烧结或长时间发电测试时生成的，但具体的生成机理尚不明确，目前尚不能完全抑制其生成。因此，本研究将重点放在决定电池寿命的主要因素——SrZrO₃的生成上，并设置阻隔层烧结温度、阻隔层厚度、电解质烧结温度、阴极烧结温度4个参数，以阐明SrZrO₃的生成机理，并研究SrZrO₃的生成对电池性能的影响。

2、实验

电解质材料使用YSZ，阳极材料使用Ni-YSZ，阴极材料使用LSCF，并印刷GDC层作为阻隔层。将阻隔层的烧结温度统一为1300℃，阻隔层的厚度统一为5μm，电解质材料的烧结温度统一为1400℃，仅将阴极材料LSCF的烧结温度分别设置为（1）1000℃（2）1100℃（3）1200℃，从而制备了三种电池，并在工作温度800℃、3％加湿H₂、电流密度0.2A/cm²的实验条件下，使用电解质支持型电池进行了100小时的发电测试。使用SEM-EDX和STEM观察了三种类型的电池在烧结后和发电测试后的微观结构，并观察了SrZrO₃的生成状况变化。

3、结果及考察

通过SEM-EDX观察LSCF烧结温度分别为（1）1000℃（2）1100℃（3）1200℃的烧结后的三种电池。

结果表明，在YSZ-GDC界面上，（1）中没有生成SrZrO₃，（2）中部分生成SrZrO₃，（3）中完全生成SrZrO₃。图1表示（2）1100℃条件下烧结后部分生成SrZrO₃的电池的SEM-EDX观察结果。

由图1可知，GDC渗透入YSZ-GDC界面，从而生成SrZrO₃。这是由于Sr从阴极扩散而Zr从电解质扩散而生成的。此外，Sr的扩散仅限于界面处的反应，YSZ内部几乎没有确认到Sr。

此外，在（3）1200℃条件下进行发电测试时，由于电池电压的降低，几乎无法得到电流。这是由于电气绝缘性物质SrZrO₃的完全生成，导致电池电阻大幅增加。在（2）1100℃条件下电池的电阻值大于（1）1000℃条件下的电阻值，但与（3）1200℃条件下相比非常小。这表明，即使如图1所示在（2）1100℃条件下部分地生成SrZrO₃，与完全生成SrZrO₃相比，其不会对电池性能产生太大影响。

图1. LSCF在（2） 1100℃条件下电池的SEM-EDX图像

（a）SEM图像（b）Sr（c）Zr（d）Ce

关于SOFC界面上SrZrO3的生成机理及其对电池性能影响的研究