氧还原发生在电极表面或电极—电解质的界面上。电极材料对氧分子进行催化使其解离成氧原子，然后使其带电荷，最后这些氧离子被吸收在电解质中(见图7.1)。选择阴极材料时，电催化活性被认为是一个重要的参数。氧同位素交换中的表面反应速率常数能很好地衡量其催化活性的优劣。Kilner等人^［4］比较了不同氧化物的同位素扩散系数，发现这些参数之间存在正相关。从电极性能来看，一种高混合度的电子和离子导体可能是有前景的备选材料。

图7.1 SOFC阴极反应示意图

为了进一步完善阴极催化活性，应阐明其反应机理。虽然目前已经有许多反应动力学方面的报道，但是从实验直接获得的信息有限，并且由于存在多种反应模型，所以其反应机理尚不明晰。原位检测技术的开发将是十分必要的。近来，一些原位检测技术的成果得以报道。Lu等人^［6］应用红外发射光谱检测运行中(Sm，Sr)CoO₃阴极上的吸附物。他们认为是最有可能的被吸附物(见图7.2)。Murai等人^［7］采用了偏振调制红外反射吸收光谱，发现在相似频率区出现响应。一些研究人员还对其进行了量子力学计算^［8］。

近来有报道称，有几种氧化物显示出极高的表面交换速率。Baumann等人^［9］比较了几种形状受控的钴基和铁基钙钛矿型化合物，发现Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2的电化学阻抗比常用于中温阴极的(La，Sr)(Co，Fe)O₃小100倍。Sase等人^［10］报道在(La，Sr)CoO₃电极上的(La，Sr)₂CoO₄相的存在提高了氧交换反应速率(见图7.3)。虽然这些材料的稳定性还有待确定，然而通过研究将有可能进一步提高其催化活性。(www.daowen.com)

图7.2 原位电化学PMIRRAS系统示意图

图7.3 在(La，Sr)₂CoO₄沉积二次相周围的(La，Sr)CoO₃上表面氧交换速率的提高