钙离子掺杂层状双钙钛矿作为固体氧化燃料电池阴极的性能

作     者：金芳军 凌意瀚 JIN Fangjun;LING Yihan

作者机构：中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116 

出 版 物：《硅酸盐学报》 (Journal of The Chinese Ceramic Society)

年 卷 期：2023年第51卷第7期

页      面：1773-1782页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFA1501900) 长春市科技局青年科技创新人才项目(21QC02)。 

主　　题：固体氧化物燃料电池 双钙钛矿 阴极 密度泛函理论 电化学性能 

摘      要：双层钙钛矿结构氧化物具有优异的离子电子电导率,作为固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料被广泛研究。以Pr Ba Co_(2)O_(5)+δ作为母体材料,采用Ca离子在Pr位和Ba位进行掺杂,采用溶胶凝胶法制备出了Pr_(0.9)Ca_(0.1)Ba_(1-x)Ca_(x)Co_(2)O_(5)+δ(0≤x≤0.3,PCBC)阴极材料。电导率测试结果表明:Ca离子共掺杂能够有效改善材料的电导率。电化学性能测试结果表明:x=0.2的阴极具有最佳的氧催化活性,700℃时极化阻抗仅为0.069·cm^(2)。在理论研究中,通过GGA-PBE泛函分别计算了Pr Ba Co_(2)O_(5)+δ、Pr_(0.75)Ca_(0.25)BaCo_(2)O_(5)+δ与Pr_(0.75)Ca_(0.25)Ba_(0.75)Ca_(0.25)Co_(2)O_(5)+δ的氧空位形成能、态密度及O s和O p的能带中心。研究发现,Pr位掺Ca能减小氧空位形成能,Ba位掺杂Ca反而会增大氧空位形成能。O p带中心的计算结果表明:Ba位掺Ca的策略有效增加了材料的氧还原活性。双钙钛矿A位钙离子的共掺杂策略能够有效改善样品的热膨胀、高温电导率和电化学性能,提高材料的长期稳定性。