虚心学习... ...
级别: 荣誉元老

UID: 2235
精华: 4
发帖: 1336
威望: 132 点
积分转换
愚愚币: 2173 YYB
在线充值
贡献值: 0 点
在线时间: 6282(小时)
注册时间: 2006-07-13
最后登录: 2018-07-30
楼主  发表于: 2016-06-21 11:29

 “跨界”的钙钛矿型晶体,又一篇Nature

近三年,钙钛矿型材料在光电化学领域大放异彩。其太阳能电池的能量转换效率一路飙升,2011年只有6.5%,2013年底就已经提升至了15.4%,这一数据在2015年更是刷新至19%,并且还在继续升高,一颗材料领域的新星冉冉升起。




最近,美国哈佛大学的You Zhou和Shriram Ramanathan等人另辟新径,探究钙钛矿型材料在燃料电池领域的应用。(Strongly correlated perovskite fuel cells. Nature, 2016, 534, 231-234, DOI: 10.1038/nature17653)



图片来源:Harvard University





固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。一般氧化物固体电解质通常为萤石结构的氧化物,常见的电解质有Y2O3掺杂的ZrO2、ThO2、CeO2和Bi2O3等氧化物形成的固溶体。钙钛矿型材料指的是形如ABO3结构,文章作者改变了传统燃料电池电解质的设计(通过O2-传导),合成了NiO3(SNO)作固体电解质,运用镍酸盐传导质子,完成燃料电池(上图右侧a,九个基于SNO的燃料电池)的反应:



文中,作者根据格罗特斯机理(Grotthuss mechani)来解释,质子(H+)在NiO3固体电解质中转移扩散,同时造成晶格的拉伸和弯曲变形(如下图a-c)。其显著优点是,在较低温度下(300–500 °C),材料依然具有很高的电阻率(~1 mΩ cm),可以实现SNO和H-SNO之间的转换,达到质子迁移的目的(如下图d-e)。




随后,作者通过Pt/SNO/Pt固体氧化物燃料电池,测试了该钙钛矿型电解质电化学性能,其开路电压可以达到1.03V,接近其理论值(~1.07 V)。




文章的另一大亮点是通过X射线吸收近边谱(X-ray absorption near-edge spectroscopy,XANES,听着就好高大上,有木有!)和原位X射线衍射(in situ XRD)验证了SNO和H-SNO之间的转换机理,机理解释一直是在好杂志上发表文章的杀手锏,有机理,才无敌~(小编表示,当年我要是有这两台设备,也一定能发出好文章……)



作为第一篇将钙钛矿型材料用于固体氧化物燃料电池的电解质,并有详细机理证明的文章,发《Nature》还是很能为我们突破思路的,让我们一起期待钙钛矿型材料的更广泛应用。
如果不能改变结果,那就完善过程。
分享:

愚愚学园属于纯学术、非经营性专业网站,无任何商业性质,大家出于学习和科研目的进行交流讨论。

如有涉侵犯著作权人的版权等信息,请及时来信告知,我们将立刻从网站上删除,并向所有持版权者致最深歉意,谢谢。