钾靶向掺杂钴铁双钙钛矿阴极提升质子导体固体氧化物燃料电池性能研究

本文报道了一种通过A位钾离子精准掺杂策略开发的钴铁双钙钛矿阴极材料K0.1Sr0.9Ta0.1Fe0.9O3-δ（KSTF），其形成的KFeO2第二相与立方钙钛矿主相构成双相结构，使氧空位浓度提升至3.52，将氧解吸温度降至191.6°C，在700°C下实现771 mW cm?2的峰值功率密度，较未掺杂材料提升41.6%，为质子导体固体氧化物燃料电池（PCFCs）的中低温化运行提供了创新解决方案。

　　

Highlight

钾离子掺杂工程通过调控钙钛矿氧化物的A位点，显著增强了质子导体固体氧化物燃料电池（PCFCs）阴极的氧还原反应（ORR）动力学。研究人员在SrTa_0.1Fe_0.9O_3-δ（STF）的A位点进行精准钾取代，开发出无钴阴极K_0.1Sr_0.9Ta_0.1Fe_0.9O_3-δ（KSTF）。

Structural investigation

图1(a)显示经1200°C两次烧结的XRD图谱：STF为单一立方钙钛矿相，而KSTF除主相外出现KFeO₂第二相特征峰。图1(b)的2θ=30°–35°区间放大图谱证实，由于K⁺离子半径（1.64 ?）大于Sr²⁺（1.44 ?），导致晶格膨胀现象。

Conclusion

本研究通过A位钾掺杂构建的KSTF材料形成钙钛矿/KFeO₂双相结构，将O_ads/O_lat比率从2.57提升至3.52，氧解吸温度降低至191.6°C，显著改善了低温区（如450°C）的氧交换动力学，使单电池功率密度实现100%提升。