《表1 SBCFO阴极不同结构模型精修所得晶胞参数》

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《固体氧化物燃料电池双钙钛矿SmBaCoFeO_(5+δ)阴极材料的结构与性能》

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图1为在1 000℃空气气氛中煅烧10 h后的SmBaCoFeO5+δ（SBCFO）阴极XRD谱的Rietveld精修图。从图1可见，所合成的样品为SBFCO纯相，材料具有A位有序的双钙钛矿结构。借助GSAS/EXPGUI软件，分别采用四方晶系（P 4/mmm）和正交晶系（P mmm）模型对XRD数据进行Rietveld精修[17–19]。精修结果显示SBCFO阴极应为P mmm正交结构，所得晶胞参数如表1所示。SmBaCoFeO5+δ呈现正交结构主要是由于Sm–O层中大量氧空位形成有序结构导致，但在阴极工作温度下，由于材料晶格氧脱出，氧空位浓度增大，氧空位从有序结构转变为无序排列，而材料将转变为高对称性的四方结构，这可从材料的高温XRD（HT-XRD）结果中看出。图2为SBFCO在空气气氛中的HT-XRD谱。从图2可见，SBFCO在300℃时转变为四方结构。将XRD谱46°～47°处的衍射峰放大，可以发现在46.3°左右的Kα1衍射峰从不对称状（双衍射峰）转变为对称状（单衍射峰），表明材料从P mmm转变为对称性更高的P 4/mmm结构。HT-XRD谱显示样品在25～1 000℃测试区间内均为纯相，材料结构保持稳定，材料未发生分解，表明其具有良好的热稳定性。XRD谱中样品的衍射峰在升温过程中向小角度偏移，在降温过程中又恢复，这是由于温度升高，晶格原子振动加剧以及晶格氧脱出使材料晶格发生可逆的热膨胀和化学膨胀导致的。但对于燃料电池阴极，较高的热膨胀系数会使阴极与电解质的界面结合变差，在电池组装制备和运行过程中导致电极材料脱落，影响电池的性能和长效运行。