固体氧化物燃料电池稳定高活性钙钛矿阴极的材料发现与设计原则
材料科学
2019-01-10 v2
摘要
改进固体氧化物燃料电池（SOFC）技术的关键在于具有高空氧还原反应（ORR）催化活性且在阴极工作条件下稳健稳定性的新型化合物。我们筛选了约 2145 种不同钙钛矿组分以作为高活性、稳定 SOFC 阴极的潜在用途，并验证了该筛选方法在定性上再现了已深入研究阴极材料的实验活性、稳定性与传导性质。计算得到的氧 p 带中心被用作表面交换系数（k*）的基于第一性原理的描述符，而 k* 又与阴极 ORR 活性相关。在操作条件下，于氧、氢和水蒸气存在时使用凸包分析以确定热力学稳定性。该搜索产生了 52 种潜在阴极材料，其在典型 SOFC 操作条件下具有良好预测稳定性，且预测 k* 与领先 ORR 钙钛矿催化剂相当。所建立的预测 k* 与稳定性趋势被用于提出改进已知有前景化合物性能的方法。计算搜索中确立的材料设计策略与发现的新材料有助于实现用于未来固体氧化物燃料电池及相关应用的高活性稳定化合物的发展。
引用
@article{arxiv.1801.06109,
title = {Material Discovery and Design Principles for Stable, High Activity Perovskite Cathodes for Solid Oxide Fuel Cells},
author = {Ryan Jacobs and Tam Mayeshiba and John Booske and Dane Morgan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.06109},
year = {2019}
}