1、目的

固体氧化物燃料电池（SOFC）因其较高的工作温度以及可在阳极处内部重整燃料的能力而备受关注。作为萤石型氧化物之一的Sm_0.2Ce_0.8O_2-_δ（SDC）除了具有高氧化物离子电导率之外，同时在还原气氛中具有电子导电性，因此已有许多文献报告了其作为SOFC阳极的应用实例^1），2）。由于Ni-SDC阳极中，SDC作为电子传导相，因此与传统的Ni-YSZ阳极相比，可以减少Ni的使用量，并且可以通过增加Ni的分散来增加反应点位。最近，研究人员发现使用浸渍、蒸发干燥制备的Ni分散担载SDC（Ni担载量20wt%）阳极的电池在使用H₂作为燃料运行时，最大输出密度取决于Ni的表面积^3）。本研究中通过交流阻抗法测量了具有用相同方法制得阳极的电池电阻，并研究了电极结构与电阻之间的关系。

2、实验

通过逆均匀沉淀法以氨水为沉淀剂来制备载体SDC。通过将SDC浸入Ni（II）硝酸盐水溶液，并在150℃下蒸发干燥，然后在700℃的空气中煅烧10h，制得Ni/SDC。通过电泳沉积法将所得样品沉积在电解质基板（ScO_1.5）_0.20（CeO₂）_0.01（ZrO₂）_0.79上，然后在空气中以900℃烧结5小时，制得阳极薄膜。使用Pt作为阴极，将H₂以50 ml·min^-1供给至阳极侧，并将阴极侧连通至大气。以阳极为工作极，通过三端法测定交流阻抗。使用图1所示的等效电路与ZView（Scribner Associates Inc.）进行等效电路拟合来分析获得的阻抗谱。

3、结果及考察

对于所制备的单电池，分别测量了交流阻抗与温度以及氢分压的关系。将通过拟合分析获得的各电阻值转换为电导率，并基于工作温度绘制Arrhenius图以及基于氧分压绘制对数图，以评估电导率的活化能以及与氢分压的关系。

结果表明，Ro（欧姆电阻）、R_HF（高频电阻）、R_LF（低频电阻）分别主要对应于电解质电阻、氢氧化反应过程、氢解离吸附反应过程。通过EPD法制备具有不同膜厚的各种阳极薄膜，膜厚变化引起的电阻变化如图1所示。由此可知，由膜厚引起的电阻变化受到沿厚度方向反应位点增加的影响。

另一方面，在阳极薄膜中添加石墨造孔剂，试图通过增加阳极薄膜的孔隙率来增加电极内部的表面积，结果电阻变化如图2所示，同时表明在通过EPD法制备的阳极薄膜增加过量孔隙时反而会造成反应位点的减少。

图1.因膜厚引起的电阻变化

图2.因添加造孔剂而引起的电阻变化

参考文献：

1) S. Suzuki, H. Uchida, M. Watanabe, Solid State Ionics, 177, 359 (2006).

2) Z. Wang, Y. Li, J. W. Schwank, Journal of Power Sources, 248, 239 (2014).

3) K. Sugihara, M. Asamoto, Y. Itagaki, T. Takemasa, S. Yamaguchi, Y. Sadaoka, H. Yahiro, Solid State Ionics, 262, 433 (2014).

电极结构对SOFC阳极——Ni担载SDC特性的影响