Ingeniería de defectos selectivos de cationes en perovskitas en capas ordenadas en el sitio A para células cerámicas...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• Las células cerámicas protónicas reversibles (RPCC) son clave para la conversión de energía química-eléctrica.
• El funcionamiento a temperaturas intermedias a bajas (400 600 °C) es crucial para la viabilidad comercial, pero limitado por el rendimiento del electrodo de aire.
• La perovskita en capas ordenada en el sitio PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ (PBSCF) es prometedora, pero requiere una mejor actividad y estabilidad.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de los defectos selectivos de cationes en el rendimiento de las perovskitas ordenadas en el sitio A para las RPCC.
• Comprender las relaciones defecto-rendimiento en las variantes con deficiencia de Pr (p-PBSCF) y Ba/Sr (bs-PBSCF).
• Mejorar la actividad electroquímica y la estabilidad a largo plazo del PBSCF a temperaturas intermedias a bajas.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de los materiales de perovskita con deficiencia de Pr (p-PBSCF) y Ba/Sr (bs-PBSCF).
• Pruebas de rendimiento electroquímico de los materiales diseñados como electrodos de aire en RPCC.
• Análisis de estructuras defectuosas, electrocatálisis de oxígeno y estabilidad en condiciones de funcionamiento.

Principales resultados:

• Los defectos de Pr mejoran la actividad electrocatalítica del oxígeno al debilitar la covalencia Co-O, pero reducen la estabilidad al reducir la concentración de vacío de oxígeno.
• Los defectos de Ba/Sr aumentan significativamente la actividad de los electrodos al debilitar la covalencia de Co-O y aumentar la concentración de oxígeno en el vacío.
• El PBSCF con deficiencia de Ba/Sr exhibe una estabilidad superior debido al fortalecimiento de los enlaces Ba-O/Sr-O y la supresión de la segregación catiónica, a pesar del aumento de la hidratación.

Conclusiones:

• La ingeniería de defectos selectivos por catión en el sitio es una estrategia viable para ajustar el rendimiento de las perovskitas en capas para las RPCC.
• La deficiencia de Ba/Sr en PBSCF ofrece una vía prometedora para lograr una alta actividad y estabilidad a temperaturas intermedias a bajas.
• Comprender la química de los defectos es fundamental para el diseño de materiales avanzados para la utilización eficiente de la energía renovable.