固体氧化物燃料电池（SOFCs）因其能量转换效率高、燃料灵活、环境友好等优点而被视为先进的绿色能源转换装置。然而，传统SOFCs过高的工作温度导致的各种缺点，如制造和材料成本高，操作稳定性和循环性能差，以及电池组件的化学相容性不理想等，阻碍了该技术的广泛应用。然而，随着工作温度的降低，阴极的氧还原反应活性不足、反应动力学缓慢，引发阴极的极化电阻急剧增加。除此之外，影响SOFCs应用的另一关键因素是其耐久性。含碱土钙钛矿阴极对低浓度二氧化碳的敏感性和钴基钙钛矿阴极的热膨胀系数失配成为影响SOFCs耐久性的新问题。目前，实现低温SOFCs阴极优异的电化学活性和稳定性，仍然十分具有挑战性。

本研究通过采用氯阴离子取代铁基钙钛矿氧化物中的部分氧位，构建一种提升低温固体氧化物燃料电池（LT-SOFCs）阴极的氧化还原反应活性和抗二氧化碳中毒能力的有效途径，获得的SrTa_0.1Fe_0.9O_2.95-δCl_0.05(STFCl0.05)阴极在低温下表现出优异的活性和耐久性。

图1. (a) Cl掺杂STF策略的晶格示意图；(b) STF、STFCl0.05和STFCl0.10的XRD谱图；(c) STF、 (d) STFCl0.05和 (e) STFCl0.10的XRD精修图；(f) STFCl0.05的HR-TEM图像。

图2. STF、STFCl0.05和STFCl0.10的(a)电导率；(b) O2-TPD图；(c) Arrhenius图；(d)EIS图；(e) DRT曲线；(f) STFCl0.05阴极阻抗比较图。

3)二氧化碳耐受性

图3. STFCl0.05在不同CO₂含量气氛下的(a)阻抗；(b) EIS图；(c) DRT曲线；(d) 600 ℃时STFCl0.05的阻抗稳定性。

4)输出功率及稳定性

图4.采用STF阴极单电池的(a) I-V-P曲线和 (b) EIS图；采用STFCl0.05阴极单电池的 (c) I-V-P曲线和 (d) EIS图；(e) STF和(f) STFCl0.05单电池的横截面SEM图像。

图5.采用STF和STFCl0.05阴极的SOFC在550oC下的(a) I-V-P曲线和 (b) EIS图；(c) STFCl0.05阴极的功率比较；(d) 稳定性测试后STFCl0.05单电池的横截面SEM图像；(e) STFCl0.05单电池长期稳定性。

Xu S, Qiu H, Jiang S, et al. New strategy for boosting cathodic performance of low temperature solid oxide fuel cells via chlorine doping. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6768-1.