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Mixed‐Conducting Perovskites as Cathode Materials for Protonic Ceramic Fuel Cells: Understanding the Trends in Proton Uptake
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2018-07-08 , DOI: 10.1002/adfm.201801241 Reihaneh Zohourian 1 , Rotraut Merkle 1 , Giulia Raimondi 1 , Joachim Maier 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2018-07-08 , DOI: 10.1002/adfm.201801241 Reihaneh Zohourian 1 , Rotraut Merkle 1 , Giulia Raimondi 1 , Joachim Maier 1
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The proton uptake of 18 compositions in the perovskite family (Ba,Sr,La)(Fe,Co,Zn,Y)O3‐δ, perovskites, which are potential cathode materials for protonic ceramic fuel cells (PCFCs), is investigated by thermogravimetry. Hydration enthalpies and entropies are derived, and the doping trends are explored. The uptake is found to be largely determined by the basicity of the oxide ions. Partial substitution of Zn on the B‐site strongly enhances proton uptake, while Co substitution has the opposite effect. The proton concentration in Ba0.95La0.05Fe0.8Zn0.2O3‐δ is found to be 10% per formula unit at 250 °C, 5.5% at 400 °C, and 2.3% at 500 °C, which are the highest values reported so far for a mixed‐conducting perovskite exhibiting hole, proton, and oxygen vacancy transport. A comprehensive set of thermodynamic data for proton uptake in (Ba,Sr,La)(Fe,Co,Zn,Y)O3‐δ is determined. Defect interactions between protons and holes partially delocalized from the B‐site transition metal to the adjacent oxide ions decrease the proton uptake. From these results, guidelines for the optimization of PCFC cathode materials are derived.
中文翻译：
混合导电钙钛矿作为质子陶瓷燃料电池的阴极材料：了解质子吸收的趋势
在钙钛矿家族18层的组合物（钡，锶，La）的（铁，钴，锌，Y）的质子摄取Ô 3- δ，钙钛矿，这是质子陶瓷燃料电池（PCFCs）电位的阴极材料，由研究热重法。推导了水合焓和熵，并探索了掺杂趋势。发现摄取主要由氧化物离子的碱性决定。在B位上部分取代Zn可以大大增强质子吸收，而Co取代则具有相反的作用。Ba 0.95 La 0.05 Fe 0.8 Zn 0.2 O 3− δ中的质子浓度发现在250°C下每个配方单位为10％，在400°C下为5.5％，在500°C下为2.3％，这是迄今为止报道的具有孔，质子和氧的混合导电钙钛矿的最高值空缺运输。质子摄取一套综合热力学数据的在（钡，锶，La）的（铁，钴，锌，Y）O 3- δ被确定。质子与从B位过渡金属局部离域到相邻氧化物离子的空穴之间的缺陷相互作用降低了质子吸收。从这些结果中，得出了优化PCFC阴极材料的指南。
更新日期：2018-07-08
中文翻译：
混合导电钙钛矿作为质子陶瓷燃料电池的阴极材料：了解质子吸收的趋势
在钙钛矿家族18层的组合物（钡，锶，La）的（铁，钴，锌，Y）的质子摄取Ô 3- δ，钙钛矿，这是质子陶瓷燃料电池（PCFCs）电位的阴极材料，由研究热重法。推导了水合焓和熵，并探索了掺杂趋势。发现摄取主要由氧化物离子的碱性决定。在B位上部分取代Zn可以大大增强质子吸收，而Co取代则具有相反的作用。Ba 0.95 La 0.05 Fe 0.8 Zn 0.2 O 3− δ中的质子浓度发现在250°C下每个配方单位为10％，在400°C下为5.5％，在500°C下为2.3％，这是迄今为止报道的具有孔，质子和氧的混合导电钙钛矿的最高值空缺运输。质子摄取一套综合热力学数据的在（钡，锶，La）的（铁，钴，锌，Y）O 3- δ被确定。质子与从B位过渡金属局部离域到相邻氧化物离子的空穴之间的缺陷相互作用降低了质子吸收。从这些结果中，得出了优化PCFC阴极材料的指南。
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