Temperature-modulated high-entropy perovskite cathodes with superior electrocatalytic activity for reversible solid oxide cells

材料科学 阴极 四方晶系 正交晶系 氧化物 化学工程 双功能 钙钛矿(结构) 密度泛函理论 相(物质) 氧气 催化作用 晶体结构 纳米技术 功率密度 空位缺陷 固溶体 吸附 析氧 格子(音乐) 纳米颗粒 无机化学
作者
Jiahui Zhu,Xiaofei Zhu,Yinlin Chang,Zetian Tao,Haocong Wang,Wenwen Zhang,Defeng Zhou,Jinghe Bai
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (7): 9221315-9221315 被引量:4
标识
DOI:10.26599/jac.2026.9221315
摘要

Abstract Solid oxide cells (SOCs) hold great promise for clean energy conversion, yet conventional cathodes such as La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ (LSCF) suffer from insufficient electrocatalytic activity and poor CO2 tolerance. This study designed a high-entropy perovskite, La0.2Sr0.2Pr0.2Nd0.2Ba0.2Co0.2Fe0.8O3–δ (HELSCF), via A-site high-entropy modification of LSCF. By regulating the synthesis temperature, two distinct crystal structures were achieved: an asymmetric tetragonal phase (HELSCF-Pbnm) with enhanced lattice distortion obtained at 1000 °C and a symmetric cubic phase (HELSCF-Pm3m) obtained at 1100 °C. Comprehensive characterizations confirmed that HELSCF-Pbnm exhibits superior properties, including a higher specific surface area, increased oxygen vacancy concentration, and optimized electronic structure. At 750 °C, the HELSCF-Pbnm-based symmetric cell delivers the lowest area-specific resistance of 0.040 Ω·cm2, along with excellent bifunctional activity toward both the oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction, as well as outstanding tolerance under CO2-containing atmospheres. When employed as the cathode in a single cell, it achieves a maximum power density of up to 1.38 W·cm−2, approximately 1.7 times that of LSCF. Furthermore, it demonstrates exceptional operational stability for over 260 h at 600 °C. Density functional theory calculations further reveal that the orthorhombic structure enhances O2 adsorption and d–p orbital hybridization, synergistically boosting catalytic performance. A temperature-modulated high-entropy strategy offers a facile and effective route for developing high-performance, CO2-tolerant cathodes for reversible SOCs.
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