通过IIIA族阳离子掺杂实现可逆质子陶瓷电化学电池空气电极的电子结构优化

《ACS Energy Letters》：Electronic Structural Optimization of the Air Electrodes for Reversible Protonic Ceramic Electrochemical Cells via IIIA Cation Doping

优化III A族元素掺杂的PBCCGa0.10空气电极显著提升了氧还原活性和质子传导性能，使650℃下的R-PCEC达到2.21 W cm?2峰值功率密度和-4.64 A cm?2电流密度，并在600℃下展现出超过200小时的稳定循环性能。

　　

可逆质子陶瓷电化学电池（R-PCECs）作为一种新型技术，在清洁和高效的能量产生与储存方面展现出巨大潜力。提高空气电极在中等温度下的氧气和质子传导性能以及稳定性对于实现高性能至关重要。在本研究中，我们通过掺杂IIIA族阳离子（Al³⁺、Ga³⁺和In³⁺）来优化先进的PrBa_0.8Ca_0.2Co₂O_5+δ（PBCC）空气电极的电子结构。实验结果表明，PrBa_0.8Ca_0.2Co_1.9Ga_0.10O_5+δ（PBCCGa_0.10）具有更好的氧气反应活性和水合能力。密度泛函理论计算证实，Ga掺杂能够形成最理想的电子结构。采用PBCCGa_0.10制成的R-PCEC在650°C、1.3V条件下可实现2.21 W cm^–2的峰值功率密度和-4.64 A cm^–2的电流密度。此外，该电极在600°C下以燃料电池模式（约100小时）、电解模式（约100小时）以及可逆循环测试（超过200小时）中均表现出良好的运行稳定性。