固体氧化物电池直孔电极结构的制备技术与性能研究进展

凌意瀚, 郭胜, 曹志强, 田云峰, 刘方升, 金芳军, 高源(中国矿业大学材料与物理学院)

摘要: 固体氧化物电池(Solid Oxide Cell, SOC)因其燃料电池(SOFC)模式下的高效清洁发电能力和电解池(SOEC)模式下的优异制氢及储能潜力, 近年来受到广泛关注。传统SOC 通常采用石墨、碳粉等造孔剂制备多孔电极支撑体, 存在孔隙无序分布、孔结构复杂的问题, 从而产生较高的曲折因子, 尤其在稀薄燃料或高电流密度条件下, 容易引发浓差极化, 这限制了电池性能的进一步提升。为解决这一问题, 近年来直孔结构的应用得到了广泛关注。该结构通过有序的孔道设计, 有效促进了气体扩散与传输, 减轻了浓差极化现象, 并提高了电极材料的浸渍效率及活性位点的利用率, 从而显著提升了SOC 的电化学性能。本文系统综述了直孔结构SOC 的最新制备技术研究进展,详细阐述了相转化法、冷冻干燥法及海藻酸盐离子凝胶法等关键技术的成孔机理、工艺特点及其在平板式和管式SOC 中的应用; 深入分析了直孔结构在SOFC 和SOEC 两种模式下对氢气、碳氢燃料适应性和电解性能(包括传统水/CO2 电解及燃料辅助电解)的提升作用与机制。尽管直孔结构在SOC 应用中展现出巨大的潜力, 但目前关于这一制备技术的系统性综述仍较为缺乏。本文旨在总结直孔结构SOC 的最新制备技术进展, 分析其技术优势与存在的问题, 并提出未来的发展方向, 以期为相关研究提供参考。

关键词: 固体氧化物电池; 直孔结构; 制备技术; 电化学性能; 综述