Triple ionic–electronic conducting oxides for next-generation electrochemical devices

离子键合 电解 电化学 材料科学 离子电导率 纳米技术 导电体 离子 化学物理 电解质 化学 电极 物理化学 有机化学 复合材料
作者
Meagan Papac,Vladan Stevanović,Andriy Zakutayev,Ryan O’Hayre
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:20 (3): 301-313 被引量:166
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00854-8
摘要

Triple ionic–electronic conductors (TIECs) are materials that can simultaneously transport electronic species alongside two ionic species. The recent emergence of TIECs provides intriguing opportunities to maximize performance in a variety of electrochemical devices, including fuel cells, membrane reactors and electrolysis cells. However, the potential application of these nascent materials is limited by lack of fundamental knowledge of their transport properties and electrocatalytic activity. The goal of this Review is to summarize and analyse the current understanding of TIEC transport and electrochemistry in single-phase materials, including defect formation and conduction mechanisms. We particularly focus on the discovery criteria (for example, crystal structure and ion electronegativity), design principles (for example, cation and anion substitution chemistry) and operating conditions (for example, atmosphere) of materials that enable deliberate tuning of the conductivity of each charge carrier. Lastly, we identify important areas for further advances, including higher chemical stability, lower operating temperatures and discovery of n-type TIEC materials. Triple ionic–electronic conductors can be used in electrochemical devices, including fuel cells, membrane reactors and electrolysis cells. Current understanding in single-phase conductors including defect formation and conduction mechanisms are now discussed.
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