钙掺杂铋基双相电解质(Bi1.8Gd0.1Er0.1-xCaxO3-δ)的制备及其离子传输协同增强机制研究

研究人员通过钙(Ca2+)掺杂铋基氧化物电解质，创新性构建δ-Bi2O3/CaBi6O10双相结构。实验证实Bi1.8Gd0.1Er0.05Ca0.05O3-δ在800℃时离子电导率达0.293 S·cm?1，组装的燃料电池在700℃输出0.46 W·cm?2，为高性能固体氧化物电解质开发提供新策略。

　　

这项突破性研究揭示了钙元素掺杂在铋基氧化物中的神奇效应——当钙离子(Ca²⁺)邂逅铋氧化物时，竟自发形成δ相氧化铋(δ-Bi₂O₃)与钙铋氧化物(CaBi₆O₁₀)的"梦幻组合"。显微结构分析显示，随着钙含量增加，材料内部就像精心调配的鸡尾酒，两种晶相形成致密而均匀的混合体系。

最令人振奋的是，这种双相结构展现出"1+1>2"的协同效应：δ相如同氧空位的"储备仓库"，而钙铋氧化物相则构建起离子传输的"高速公路"。当钙掺杂量达到黄金比例(Bi_1.8Gd_0.1Er_0.05Ca_0.05O_3-δ)时，材料在800℃高温下实现0.293 S·cm^?1的超高离子电导率，相当于给固体氧化物燃料电池(SOFC)装上了"涡轮增压器"。实际测试中，采用该电解质的电池在700℃即可输出0.46 W·cm^?2的优异性能，为下一代中低温燃料电池技术开辟了新航道。