DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c00317
La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ（LSCF）和La1-xSrxMnO3-δ（LSM）是固體氧化物燃料電池（SOFC）的典型正極材料。通過靜電紡絲技術制備的這些材料的納米纖維具有優異的電化學性能。本工作對這兩種材料的靜電紡絲工藝進行了詳細研究。測試了靜電紡絲溶液的粘度和電導率。重點評估了硝酸鹽濃度對不滴落液滴最小電壓（Vmin）的影響。為了直觀地了解靜電紡絲過程，研究者提出了靜電紡絲理論模型。結果表明，在靜電紡絲溶液中加入LSCF和LSM硝酸鹽，溶液粘度比無硝酸鹽溶液增加了3倍，電導率和Vmin隨之增加。納米纖維的尺寸和形態不同可能取決于元素的類型、化合價態和每單位體積中金屬離子的含量。結果表明，通過施加17-26kV的Vmin可獲得相對均勻的納米纖維，粘度和電導率的適當值分別為470.6-2267mP·s和7.69-17.07mS/cm。本工作的研究結果對LSM/LSCF納米纖維電極的產業化和通過靜電紡絲制備其他SOFC納米纖維正極具有一定的參考價值。
圖1.不同溶液體系的粘度。（a）不含硝酸鹽的PVP溶液；（b）LSM-PVP溶液；（c）LSCF-PVP溶液；（d）硝酸鹽溶液中的水含量；（e）硝酸鹽溶液中二價金屬離子的重量比。
圖2.不同溶液體系的電導率。（a）不含硝酸鹽的不同PVP濃度的PVP溶液；（b）不同硝酸鹽摩爾濃度的LSM溶液；（c）不同硝酸鹽摩爾濃度的LSCF溶液。
圖3.靜電紡絲過程示意圖。（a）一個小型靜電紡絲噴射區；（b）一個中型靜電紡絲噴射區；（c）一個大型靜電紡絲噴射區。滾筒收集器的長度為235mm，直徑為75mm；fe-field是兩個電極之間的吸引力；fcharge2是不同射流之間的電荷排斥力；fcharge3是前進射流中的庫侖排斥力；G是針上液滴的重力。
圖4.不同溶液體系中不滴落液滴的最小電壓。（a）LSM靜電紡絲溶液；（b）LSCF靜電紡絲溶液；（c）比較LSCF和LSM溶液的Vmin值。不同溶液的粘度和電導率如圖1和2所示。流速為0.5mL/h；針頭為23G；針與收集器之間的距離為12cm；滾筒收集器的速度為100rpm。
圖5.當硝酸鹽濃度為0.33mol/L時，具有不同PVP濃度的電紡納米纖維的SEM圖像。（a-e）從LSM靜電紡絲溶液中獲得的納米纖維。（f-j）從LSCF靜電紡絲溶液中獲得的納米纖維。電壓為Vmin，如圖4所示：（a）5w/v％；（b）7w/v％；（c）9w/v％；（d）11w/v％；（e）13w/v％；（f）5w/v％；（g）7w/v％；（h）9w/v％；（i）11w/v％；（j）13w/v％。
圖6.當PVP為11w/v％時，具有不同硝酸鹽濃度的電紡納米纖維的SEM圖像。（a-d）從具有不同摩爾濃度水平的LSM靜電紡絲溶液中獲得的納米纖維。（e-h）從具有不同摩爾濃度水平的LSCF靜電紡絲溶液中獲得的納米纖維。電壓為Vmin，如圖4所示：（a）0.14mol/L；（b）0.22mol/L；（c）0.33mol/L；（d）0.5mol/L；（e）0.14mol/L；（f）0.22mol/L；（g）0.33mol/L；（h）0.5mol/L。
圖7.由不同溶液體系產生的納米纖維的平均直徑。（a）LSM靜電紡絲溶液；（b）LSCF靜電紡絲溶液；（c）比較由LSCF靜電紡絲溶液和LSM靜電紡絲溶液制備的電紡納米纖維的直徑。
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