摘要：电解质材料作为中低温固态氧化物燃料电池的重要部件，受到人们的广泛关注。本文系统梳理了主要几类固态氧化物燃料电池电解质材料，讨论了存在的主要问题以及今后的发展趋势。

关键词：SOFC，电解质，ABO3.中低温

Abstract： Electrolyte material， as important component of intermediate-low temperature solid oxide fuel cell， have received extensive attention. In this paper， the main types of solid oxide fuel cell electrolyte materials are systematically reviewed， and the main problems and future development trend are discussed.

Key words： SOFC， solid electrolyte， ABO3， intermediate-low temperature

1、引言

对于SOFC，基本采用氧离子传导电解质，因此，电解质材料必须具有两样的氧离子电导率。目前使用的电解质材料包括萤石结构电解质材料、钙钛矿结构电解质材料以及磷灰石类电解质材料。

2、SOFC电解质材料

1）萤石结构电解质材料

第一类萤石结构电解质材料是以Y2O3稳定的ZrO2（YSZ）。YSZ具有良好的相容性、机械强度和低的电子电导，但YSZ的缺点是电导率在中低温范围较低[1]。其它氧化物如Yb2O3和Sc2O3稳定的ZrO2.虽然具有很高的氧离子电导率，但其相结构不稳定、且成本过高。

第二类萤石结构电解质材料是掺杂的CeO2.其在高温下表现出高的氧离子电导。目前得到广泛应用的主要是Sm2O3或Gd2O3掺杂的CeO2（SDC或GDC）。GDC和SDC相对于其他氧化物掺杂的CeO2具有更高的氧离子电导率和更好的稳定性。但在还原气氛中，Ce4+容易被还原为Ce3+产生电子电导，从而造成电池内部短路。

第三类萤石结构电解质材料是掺杂的Bi2O3.Bi2O3基电解质在所有萤石结构电解质材料中具有最高的电导率，但其在还原气氛中，易发生分解，限制了Bi2O3基电解质在电池中的应用。

2）钙钛矿结构电解质材料

钙钛矿氧化物ABO3属于斜方晶系，可用不同价态的离子对其A、B位掺杂。目前应用在中低温SOFC燃料电池中的钙钛矿结构的电解质材料只要是A、B为分别用Sr、Mg掺杂的LaGaO3（LSGM）[2]。钙钛矿类电解质材料离子电导率高、热化学性能稳定，与LSM、LSC、LSCF等电极材料热膨胀匹配较好，是一种极具前途的中低温电解质材料。目前钙钛矿型电解质材料的研究主要集中在于阳极材料的相容性及薄膜化上。

3）磷灰石类电解质材料

磷灰石类氧化物具有独特的晶体结构，其具有离子电导率和热膨胀性能与电极材料相匹配等优点。稀土硅酸盐Ln10-y（SiO4）6Oz（Ln=La、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy）有高的离子电导率[3]。目前对磷灰石电解质材料的研究主要集中在对其掺杂改性上。虽然磷灰石类氧化物在中低温段具有较高的离子电导率，然而其化学稳定性及与电极材料的相容性需要进一步研究。此外，磷灰石类氧化物的烧结温度太高，很难制得致密的电解质层。

3、小结：

通过对用于SOFC的主要电解质材料进行系统化梳理，并分析了各种材料的优缺点。目前电解质材料的高温性能、稳定性未达到预期效果。电解质材料的不断突破势必会推动固态氧化物材料电池向前发展。

参考文献：

[1]. Jang W， Hyun S， Kim S， et al. Preparation of YSZ/YDC and YSZ/GDC composite electrolytes by the tape casting and sol-gel dip-drawing coating method for low-temperature SOFC[J]. Journal of Materials Science， 2002， 37（12）： 2535-2541.

[2]. Ye L， Ran R， Chen D J， et al. A novel Ba0.6Sr0.4Co0.9Nb0.1O3−δ cathode for protonic solid-oxide fuel cells [J]. Journal of Power Sources， 2010， 195（15）： 4700-4703.

[3]. 磷灰石类新型电解质材料研究进展，田长安等，材料科学与工程学报，第24卷，第4期，2006年8月.