1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会经济的不断发展，人类对能源的需求也越来越大，而化石燃料的储存有限且污染严重，因此提高能源的利用效率和使用清洁能源具有重要的意义。其中，燃料电池是一种不需要经过燃烧就能将燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置，且对燃料适应新强，包括氢气，天然气，水煤气等。这种电池不仅能量转化效率高，而且运行无污染，负荷响应快^[1-2]。根据电解质种类的不同，燃料电池可以分为五类，分别是：碱性燃料电池（afc），磷酸性燃料电池（pafc），熔融碳酸盐燃料电池（mcfc），固体氧化物燃料电池（sofc）和质子交换膜燃料电池（pemfc)。sofc是继pafc和mcfc之后的第三代燃料电池系统^[3-5]，具有综合转化效率高，环境友好，燃料适应性强等特点。

目前，以lsm为阴极，ysz为电解质，ni-ysz为阳极的高温sofc已经得到了应用，其工作温度范围为900-1000^。c。高的工作温度使得sofc在使用时材料选择范围小，材料组装困难，产能成本高^[6]。因此固态氧化物电池中温化（it-sofc）成为了主要的研究方向。it-sofc的技术关键在于高催化活性的阴极材料。由于工作温度的降低，使得阴极材料的活性下降，继而导致电池的电化学性能的降低^[7,8]，所以寻找合适的阴极材料变得至关重要。一些混合导电阴极材料得到学者的研究，如la₂nio_{4 δ}^[9], sm_0.5sr_0.5coo₃ ^[10], ba_0.5sr_0.5co_0.8fe_0.2o_3–δ^[11], 和 sr₂fe_1.5mo_0.5o_6–δ ^[12]。最近，chen et al. ^[13]制备出la_0.3sr_0.7fe_1-xcr_xo_3–δ (x = 0.1-0.3, lsfc) 来作为it-sofc的阴极材料，这种材料具有较好的结构稳定性和电催化活性。但是这种材料的热膨胀系数 （16–19x10^#8722;6 k^#8722;1 ，50-900℃）仍与中温固态氧化电池阴极材料的要求不匹配。研究表明，降低a位半径，可降低热膨胀系数^[14,15]。xiao et.^[16]以ca² 取代sr² ，制备出la_0.3ca_0.7fe_0.7cr_0.3o_3-δ，与la_1-xsr_xco_yfe_yo₃相比，具有更合适的热膨胀系数和优良的电化学性能，是很有潜力的中温sofc的阴极材料，因此本课题以la_0.3ca_0.7fe_0.7cr_0.3o_3-δ多孔电极作为研究对象。

为了使得电池性能提高，一些学者则对电极厚度与电池的性能之间的联系做出研究：一维薄层模型表明，对于薄型电极材料，总的极化电阻会随着厚度的增大而降低，对于厚电极材料则不适用^[17]。三维蒙特卡洛随机电阻网络仿真模拟则预测电极材料的阻抗会随着厚度的增加而减小，直到减小到一个特定的值，然后就不会随着厚度变化而变化了^[18]。kenjo et al. 的研究表明lsm-ysz 和pt-er_0.4bi_0.6o₃做电极材料时，极化阻抗大小将会随着电极厚度的增大而减小，直到厚度分别达到10μm和30-40μm时，极化阻抗达到一个最小值^[19]。最近，aurélie rolle也通过对ca₃co₄o_{9 δ}/ce_0.9gd_0.1o_1.95复合电极材料的研究，发现当他们的质量比为1：1且厚度为21μm时测得的电化学性能最理想^[19]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以硝酸锶、硝酸钐和尿素为原料制备ce_0.8sm_0.2o_1.9电解质基体，以硝酸镧、硝酸钙、硝酸铁、硝酸铬和甘氨酸为原料制备la_0.3ca_0.7fe_0.7cr_0.3o_3-δ（lcfc）电极材料。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照设计方案，制备sdc电解质基体和lcfc阴极材料，并完成半电池的制备工作。

第7－12周：性能测试及数据处理。主要包括：通过x射线衍射分析仪对合成粉体进行物相分析，利用扫描电子显微镜观察电极的显微结构（表面、断面），采用电化学工作站进行不同厚度电极的电化学性能测试，采用zview软件对半电池阻抗谱进行解析，以及后续的画图和数据分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] w.smith. the role of fuel cells in energy storage[j]. journal of power sources, 2000, 86(1):74-83.

[2] a.kirubakaran, s.jain, r.k.nema. a review on fuel cell technolagies and power electronic interface[j]. renewable and sustainable energy reviews, 2009, 13(9):2430-2440.

[3] s.p.s.badwal, s.giddey, c.munnings, et al. review of progress in high temperature solid oxide fuel cells[j]. journal of the australian ceramic society, 2014, 50(1):23-37.