原子尺度研究固体氧化物池氧电极中氧迁移规律-论文.pdf

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1、PROGRESSINCHEMISTRYDoI：10．7536／PC140420原子尺度研究固体氧化物池氧电极中氧迁移规律刘少名'于波张文强朱建新翟玉春陈靖(1．东北大学材料与冶金学院沈阳110819：2．清华大学核能与新能源技术研究院北京100084；3．中国科学院生态环境研究中心北京100085)摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物燃料电解池(SOEC)作为新一代的能源转化装置，凭借其清洁、高效的能源转化优势，非常具有技术吸引力。为了将SOFC和SOEC商业化，操作更加持久、高效和经济，中低温的运行温度成为当前国际上研究的主要方向，其中提高氧电极材料的氧还原反应／氧析出反

2、应(ORR／OER)活性是研究的关键。本文主要阐述了原子尺度分子模拟分析和原位实验测试表征对混合离子电子导体氧电极材料中氧迁移规律和传输机理研究的重要作用，推进传统材料向新型氧电极材料和结构的发展；归纳和综述了近期热点的混合离子电子导体(MIEC)氧电极材料、相应的离子传输路径、各向异性结构及晶格动力学；介绍了当前采用的先进研究手段和方法，并重点介绍了原位x射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子光谱(AES)探测材料的表面化学组成和结构，原位的方式可以将致密薄膜中几纳米到十几纳米的结构可视化，在原子层面上研究氧电极材料中带电缺陷的形成和迁移；并基于原子尺度的密度泛函理论(DFT)计算和近

3、期分子动力学模拟(MD)的研究进展对传统材料和新型材料中的氧迁移机理进行解释和分析。最后，简要综述了清华大学核研院在固体氧化物池氧电极方面的研究进展。关键词固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电解池中低温氧电极密度泛函理论分子动力学中图分类号：0646．2；TM911．4；TQ116．2文献标识码：A文章编号：1005．28lX(2014)09—1570、16Atomic-ScaleInsightsintotheOxygenIonicTransportMechanismsofOxygenElectrodeinSolidOxideCells：AReviewLiuShaoming，YuBoZ

4、hangWenqiangZhuJianxinZhaiYuchunChenJing(1．SchoolofMaterialsandMetallurgy，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China；2．InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；3．ResearchCenterforEcoEnvironmentalSciences，ChineseAcademyofSciences，Beijing100085，China)Abstra

5、ctAsanewgenerationofenergyconversiondevices，solidoxidefuelcells(SOFC)andsolidoxideelectrolysiscells(SOEC)areofgreatimportancewiththeadvantageofhighlyefficientenergyconversioninacleanway．ForthecommercializationofSOFCandSOECtechnologies．operationattheintermediate—lowtemperature(IT)isthecurrentmaj

6、orresearchdirectiona11overtheworld．whicharebeneficialfortheoperationofSOFCandSOECmoredurablyandeconomically．Thekeypointishowtoimprovetheoxygenreductionreaction(ORR)oroxygenevolutionreaction(OER)activityofoxygenelectrodes．Inthisreview。the~mportantrolesofatomic—scalemolecularsimulationandin—situe

7、xperimentalcharacterizationaremainly收稿：2014年4月，收修改稿：2014年6月，网络出版：2014年9月3日“清华大学一剑桥大学-麻省理工学院”低碳能源大学联盟种子基金项目(No．2011LCO04)，国家科技重大专项(N0．ZX06901)，国家自然科学基金项目(No21273128，51202123)和教育部长江学者和创新团队发展计划(No．1RT13026)资助Theworkwassupportedbythe“