晶格应变对固体氧化物燃料电池性能的影响

晶格应变对固体氧化物燃料电池性能的影响

质子传导氧化物在过去几十年被认为有潜力将固体氧化物电池的工作温度降低到适度的中间温度。降低工作温度可以改善固体氧化物燃料电池的化学和机械结构，并能减少制造成本。对于电解质层，通常质子传导固体氧化物燃料电池使用的混合物掺杂钙钨化合物，化学组成是ABO3（A=Ca、Sr、Ba;B=Ce、Zr）。通过化学方法对A、B位点进行掺杂时，掺杂物的溶解性很低，离子导电性没有较大的改善，说明通过采用掺杂的方法增加氧空位浓度被证明是是一种效率很低的方法。

近年来通过物理方法，根据晶格应力效应改善材料的离子导电性比较热门，主要集中于对电解质和阴极材料的研究，研究表明，晶格应力效应可以改善氧离子导体的输送性能。研究表明，氟石结构氧离子导体在应力状态下，离子传导系数增加104～106。通过反应分子动力学方法研究表明，掺钇的BaZrO3材料的质子传导性在双向应力下可以轻微改善质子的扩散能力。

通过计算研究了双向应力对LaNbO4的掺杂溶解性、水化能、质子迁移的影响。另外，研究了通过机械应力来调节固体薄膜装置的功能。拉应力可以改善Ca2+掺杂剂的溶解度，并增加氧空位浓度使更多的质子融入到结构体内，水化能减少可以增加吸收质子的能力。拉应力使结构中2个最稳定的质子间结构减弱，甚至被占据。由于压应力和拉应力有相反的作用，会使掺杂物的溶解度下降，因此要降低材料的各向异性。

刊名：Royal Society of Chemistry（英）

刊期：2016年第18期

作者：Chiara Ferrara

编译：田甜