化PrBa的制备和性能_0.8Sr_0.2Co₂O_5+δ 矿阴极材料

科学领域:

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背景情况:

• 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 需要先进的阴极材料,以实现高效的能量转换.
• PrBa$_{0.8}$Sr$_{0.2}$Co$_{2}$O$_{5+δ}$ (PBSC) 是一个有前途的阴极材料,但其性能可能受到热膨胀和电化学性能的限制.
• 兴奋剂被探索为一种策略,以提高基于矿的阴极材料的性能.

研究的目的:

• 为了合成和表征F-doped PrBa$_{0.8}$Sr$_{0.2}$Co$_{2}$O$_{5+δ-x}$F$_{x}$ (PBSCF$_{x}$) 阴极材料.
• 调查F兴奋剂对晶体结构的影响,热膨胀系数 (TEC) 和PBSC的电化学性能.
• 评估这些材料对于高性能SOFC应用的适用性.

主要方法:

• 使用Sol-gel合成制备PBSCF$_{x}$粉末,具有不同F兴奋剂度 (x = 0到0.1).
• 使用X射线衍射 (XRD) 分析合成材料的晶体结构和相纯度.
• 测量了热膨胀系数 (TEC),以评估热稳定性.
• 通过在高温下测量面积特异性电阻 (ASR),导电性和功率密度来评估电化学性能.

主要成果:

• 所有F-doped样本都保持了四角矿结构,没有二次阶段.
• F剂有效地降低了正极材料的TEC,从PBSC的25.3699 × 10$^{-6}$ K$^{-1}$降低到PBSCF$_{0.1}$的23.5295 × 10$^{-6}$ K$^{-1}$,从PBSC的25.3699 × 10$^{-6}$降低到PBSCF$_{0.1}$的23.5295 × 10$^{-6}$.
• PBSCF$_{0.05}$样本表现出极好的电化学性能,ASR为0.0207 Ω·cm$^{2}$,导电率为1637.27 S·cm$^{-1}$,最大功率密度为856.08 mW·cm$^{-2}$,温度为800°C.
• 该材料表现出良好的稳定性,在800°C下100小时运行后,性能仅略有下降.

结论:

• F兴奋剂是一种可行的策略,可以显著提高SOFCs的PrBa$_{0.8}$Sr$_{0.2}$Co$_{2}$O$_{5+δ}$阴极材料的电化学性能和热稳定性.
• 优化的F兴奋剂度提高了导电性和功率密度,同时减少了热膨胀.
• 这些发现表明,F-doped PBSC材料是下一代 SOFC 阴极的有希望的候选者.