Applied Catalysis B: Environmental：中熵钙钛矿Sr(FeαTiβCoγMnζ)O3-δ作为阴极材料用于中温固体氧化物燃料电池

Nanoyu

2021-04-28

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学能量转换装置，因其效率高、燃料灵活、环境友好等优点而备受关注。然而，其较高的工作温度（800-1000°C）导致电池的寿命因热膨胀系数不匹配、化学兼容性不足以及密封性有缺陷等问题而变短。

近日，北京科技大学赵海雷教授报道了设计了一种中熵钙钛矿Sr(Fe_αTi_βCo_γMn_ζ)O_3-δ（简称SFTCM，α+β+γ+ζ=1），其中4种过渡金属元素占据B位，以保持催化活性并提高构型熵。

文章要点

1）过渡元素Ti、Mn、Fe、Co是钙钛矿中常见的B位阳离子，具有相似的价态和离子半径，易于合成Sr(Fe_αTi_βCo_γMn_ζ)O_3-δ钙钛矿。此外，由于Mn、Fe、Co具有良好的催化活性，它们是大多数SOFC正极材料中的主要元素，因此选择Mn、Fe、Co作为SFTCM正极材料中的主要元素。

2）研究人员系统研究了SFTCM钙钛矿在中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）中的潜在应用。设计了两种具有不同构型熵的超临界钙钛矿材料SrFe_0.25Ti_0.25Co_0.25Mn_0.25O_3-δ（SFTCM25，S_config=1.39R）和SrFe_0.5Ti_0.2Co_0.2Mn_0.1O_3-δ（SFTCM5221，S_config=1.22R），研究了熵对其晶体结构、化学相容性、TEC、电导率、氧表面交换和体扩散动力学、电化学性能的影响。此外，在长期稳定性试验后，还研究了组态熵对抑制锶表面偏析的影响。

3）实验结果表明，SrFe_0.25Ti_0.25Co_0.25Mn_0.25O_3-δ为阴极的LSGM负载（250 µm）单电池在800 °C时的最大功率密度可达到0.85 W cm^-2。因此中熵SFTCM钙钛矿材料有望成为IT-SOFC的阴极材料。

参考文献

Shen L, Du Z, Zhang Y , Dong X, Zhao H, Medium-Entropy Perovskites Sr(FeαTiβCoγMnζ)O3-δ-deltaas Promising Cathodes for Intermediate T emperature Solid Oxide Fuel Cell, Applied Catalysis B: Environmental (2021)

DOI：10.1016/j.apcatb.2021.120264

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120264