Synergistic A-Site Compensation and Oxygen Vacancy Engineering Boost High-Entropy Electrolyte Performance in Protonic Ceramic Fuel Cells

陶瓷 电解质 燃料电池 材料科学 氧气 空位缺陷 化学工程 补偿(心理学) 无机化学 化学 电极 物理化学 工程类 冶金 结晶学 有机化学 心理学 精神分析
作者
Xiaolin Xiang,Junmeng Jing,Haoran Wang,Xiang Wang,Min Li,Fuli Wang,Jiawei Chen,Yuyang Guo,Linfeng He,Hailei Zhao,Zhibin Yang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (21): 8464-8472 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c00330
摘要

Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) are clean, highly efficient energy conversion devices with the electrolyte serving as the central component determining their performance and durability. The primary challenge for PCFCs lies in designing proton-conducting electrolytes that are both efficient and stable under extreme environments, such as exposure to moisture and acidic gases (e.g., CO2 and SO2). We developed a high-entropy perovskite oxide (HEPO) Ba1.05Ce0.45Zr0.1Y0.1Yb0.1Pr0.10Gd0.15O3-δ (Ba1.05Ce0.45ZYYbPr0.10Gd0.15) via synergistic A-site stoichiometric compensation and oxygen vacancy engineering, achieving reduced sintering temperatures while suppressing Ba loss. The material exhibited a conductivity of 8.9 mS cm-1 at 600 °C in wet air (3% H2O). Anode-supported single cells with HEPO electrolytes demonstrated an exceptional electrochemical performance of 397 mW cm-2 at 600 °C, outperforming non-HEPO electrolytes. Electrochemical impedance spectroscopy and stability tests confirm the good chemical stability and phase structure stability of Ba1.05Ce0.45ZYYbPr0.10Gd0.15 under different atmospheres. These results demonstrate the possibility and feasibility of HEPO electrolyte materials in PCFC.
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