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佐治亚理工刘美林教授课题组 Small：用于可逆固体氧化物燃料电池的新型质子导体电解质

时间：2023-03-05 来源：浏览：

佐治亚理工刘美林教授课题组 Small：用于可逆固体氧化物燃料电池的新型质子导体电解质

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#供主掺杂 2 个

#高离子电导率 4 个

#质子导体电导率 2 个

#可逆固体氧化物燃料电池 2 个

#高水抗性 2 个

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为了替代传统化石能源以及减少碳排放，对于可再生能源的开发迫在眉睫。基于质子导体电解质的可逆固体氧化物燃料电池是一种可以在较低的运行温度下（ 450-650°C ）将燃料的化学能转化为电能（燃料电池模式）和电能转化为燃料（电解池模式）的清洁高效的能量转化和存储装置。然而同时具有高电导率和高化学稳定性的质子导体电解质材料的缺乏阻碍了高效稳定的可逆固体燃料氧化物电池的发展。

佐治亚理工学院刘美林教授课题组在《 Small 》期刊上发表了题为 “ A New Class of Proton Conductors with Dramatically Enhanced Stability and High Conductivity for Reversible Solid Oxide Cells ” 的文章（ DOI: 10.1002/smll.202208064 ）， Zheyu Luo 和 Yucun Zhou 为本文共同第一作者。本文通过调控 Mo/W 以及 Yb 共掺杂的比例，精确调节空位缺陷，设计了两种用于可逆固体氧化物燃料电池的新型高性能质子导体电解质： BaMo _0.03 Ce _0.71 Yb _0.25 O _3-δ （ BM03 ）以及 BaW _0.03 Ce _0.71 Yb _0.26 O _3-δ （ BW03 ）。在已知适当的氧空位浓度对电解质的水合以及质子传导至关重要的情况下（公式 1 ），与受主掺杂能创造氧空位不同（公式 2 ），供主的引入会占据材料中的氧空位，从而负面影响电导率（公式 3 ）。实验结果显示，过量的三价受主（ Yb ）掺杂需要被引入以“中和”供主（ Mo/W ）带来的氧空位消耗的影响。与传统 BaZr _0.1 Ce _0.7 Y _0.1 Yb _0.1 O _3-δ （ BZCYYb1711 ）以及五价 Nb/Ta 供主掺杂的电解质材料相比， BM/W03 在具有与之相似的离子电导率的同时，在高浓度水和二氧化碳环境下表现出了更优异的化学稳定性。基于这两种新型电解质的质子导体可逆固体氧化物电池在燃料电池和电解水模式下都展现了优异的电化学性能和长期稳定性。