锰磷共掺杂锶铁氧体钙钛矿阴极：一种高活性稳定的无钴固体氧化物电化学电池材料

为解决铁基钙钛矿电极活性不足和稳定性差的问题，研究人员通过Mn和P共掺杂策略开发了SrFe0.9-x Mn0.1 Px O3-δ （SFM0.1 Px ）阴极材料。该材料在800°C下极化电阻（Rp ）降低43.48%，输出功率提升140.43%，并展现优异的CO2 电解性能（1.73 A cm?2 @1.5V），为固体氧化物燃料电池（SOFC）和电解池（SOEC）提供了高性能无钴解决方案。

　　

能源危机和环境污染的双重压力下，固体氧化物电化学电池（SOCs）因其高效能源转换能力成为研究热点。然而，传统钴基阴极材料因热膨胀系数（TEC）过高、成本昂贵等问题难以大规模应用，而铁基材料虽成本低廉却面临活性不足和结构不稳定的瓶颈。如何开发兼具高活性和稳定性的无钴阴极，成为推动SOC技术商业化的关键挑战。

针对这一问题，中国的研究团队创新性地提出金属（Mn）与非金属（P）协同掺杂策略，设计出SrFe_0.9-x

Mn_0.1
P_x

O_3-δ

（SFM_0.1
P_x

）钙钛矿材料。通过溶胶-凝胶法合成系列样品，结合X射线衍射（XRD）、电化学阻抗谱（EIS）和电池性能测试等技术，系统评估了材料的晶体结构、氧空位浓度及催化活性。研究结果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，为开发下一代SOC电极材料提供了新思路。

Phase composition and chemical compatibility
XRD分析显示，当P掺杂量（x
）≤0.1时，材料保持纯钙钛矿相。Mn⁴⁺
的引入使晶格收缩，而P掺杂后晶胞体积扩大，表明P以PO₄
四面体形式嵌入晶格，促进氧空位形成。

Electrochemical performance
最优组分SFM_0.1
P_0.1
在800°C的R_p
低至0.078 Ω cm²
，较未掺杂样品降低43.48%。密度泛函理论（DFT）计算揭示P掺杂可降低Fe-O键能，加速氧解离动力学。

CO₂
electrolysis performance
在SOEC模式下，SFM_0.1
P_0.1
电极在1.5V电压下实现1.73 A cm^?2
的电流密度，归因于P掺杂促进的CO₂
吸附活化能力。

Stability test
经过100小时连续运行，SOFC和SOEC模式下的性能衰减率均<5%，证明材料具有卓越的结构稳定性。

该研究首次揭示了金属-非金属共掺杂对铁基钙钛矿的多重调控机制：Mn优化电子导电性，P通过形成PO₄
基团稳定晶格并增加氧空位浓度。这种协同效应使SFM_0.1
P_0.1
同时具备高ORR（氧还原反应）和CO₂
-RR（CO₂
还原反应）活性，突破了传统铁基材料性能瓶颈。研究成果为设计低成本、高性能SOC电极提供了普适性策略，对推动可再生能源存储与碳循环技术发展具有重要意义。