氧化锆粉体在可逆固体氧化物电池中的应用（报告）

可逆固体氧化物电池（RSOC）是一种绿色高效的全固态结构电化学能量转化装置。在固体氧化物燃料电池（SOFC）工作模式下，它可以将碳氢燃料和氧化剂中的化学能在不经过燃烧环节的情况下直接、清洁、高效地转变为电能，发电效率可达60%，热电联供效率则能超过80%；在固体氧化物电解池（SOEC）工作模式下，也可以90%以上的电效率将可再生能源转化为化学能进行储存，除了用于大规模制备高纯氢气，还可以将CO₂的高效转化为CO，是一种真正的“负碳技术”。

目前应用最多的可逆固体氧化物电池为平板式结构，核心组成部件包括致密电解质、多孔的燃料电极与氧电极。实际应用中，对RSOC的电解质的要求为在工作温度范围（650~850℃）内，在氧化与还原气氛下都需要保持化学性质的稳定性，具有足够高的氧离子导电能力与非常低的电子电导率。迄今为止，具有萤石结构的稳定氧化锆材料是RSOC中研究最多、应用最为广泛的电解质体系，氧化钇稳定的氧化锆(3YSZ、5YSZ和8YSZ)、氧化钪与氧化铈稳定的氧化锆（10Sc1CeSZ）均得到了实用验证。由于RSOC电池的高温运行环境会导致电池和电池堆部件容易出现性能衰减甚至失效问题，因此RSOC技术的中低温化是其发展的重要方向，这对氧化锆基电解质材料的粉体也提出了更高的要求。

在RSOC电池的多孔燃料电极制备过程中，通常将掺杂氧化锆YSZ与Ni金属复合用于制备燃料极支撑体及功能层，金属相能够提供电子电导，氧化锆相则提供离子电导并能抑制Ni颗粒的烧结团聚。优化RSOC电池的燃料电极的微观组成可以提高全电池的输出性能及其稳定性，因此也需要不同规格的氧化锆体系粉体。掺杂的氧化锆材料也常被用来与LaMnO₃体系进行混合制作RSOC电池的复合氧电极，氧化锆相的加入同样也能提高氧电极的离子电导率。

目前国内外数十家公司都在RSOC领域有所布局，这个领域正在一步步打开市场，氧化锆基材料在该领域的应用前景也越来越广阔。可逆固体氧化物电池的最新发展对于氧化锆粉体材料的制备和应用提出了哪些要求，以及未来将往何种方向发展等，都是行业内密切关注的热点。