用于低温陶瓷燃料电池的质子传导非晶氧化铝电解质

《Chemistry – A European Journal》：Proton-Conducting Amorphous Alumina Electrolytes for Low-Temperature Ceramic Fuel Cells

固态氧化物燃料电池电解质研究：非晶氧化铝（AlOx）通过无序原子结构和氧空位富集实现0.08–0.12 S/cm的高离子电导率（480–540 °C），电化学阻抗谱和分布松弛时间分析证实其以质子传导为主，功率密度达677 mW/cm2。

　　

图形摘要

这种由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃制备的导电非晶氧化铝电解质具有无序的原子结构，形成了多条快速离子传输通道，在480–540°C的温度范围内，其离子导电率可达0.08–0.12 S/cm，适用于固体氧化物燃料电池（SOFC）应用。

摘要

开发高性能电解质以实现快速离子传输是降低固体氧化物燃料电池（SOFC）工作温度的关键途径。本研究引入了非晶氧化铝（AlO_x）作为一种新型电解质材料，并通过与结晶氧化铝（α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃）以及传统的掺钆铈氧化物（GDC）进行对比分析，系统研究了其结构特性和电荷传输机制。研究发现，AlO_x中的氧空位浓度较高。其独特的无序原子结构在促进多条离子传输通道方面发挥了重要作用，从而实现了在480–540°C温度范围内的高离子导电率（0.08–0.12 S/cm），这一结果通过电化学阻抗谱（EIS）得到验证，其导电率比结晶氧化铝高出一个数量级。当应用于对称结构的SOFC中时，AlO_x电解质在540°C时的功率密度达到了677 mW/cm²的前所未有的水平。进一步的对松弛时间（DRT）分析证实了AlO_x中以质子传输为主导的导电机制，并揭示了其电化学过程中的关键步骤。因此，这项工作为低温SOFC提供了一种先进的电解质材料，同时也为非晶陶瓷材料的研究提供了新的见解。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。