1 广东电网有限责任公司广州供电局 广州 510600
2 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
3 上海师范大学 上海 200234
4 中国科学院大学 北京 100049
作为氢燃料利用的核心器件，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）可以高效地将燃料气转化为电能。燃料电池中的阴极作为氧还原反应的发生场所，不仅对性能输出占有重要的影响，而且还是燃料电池的稳定性和寿命的关键决定因素。针对阴极材料的研究在推动燃料电池技术发展及产业化进程中具有重要意义。为了提升阴极的电化学性能，本文对双钙钛矿结构氧化物PrBa0.8Ca0.2Co2O5+δ（PBCC）中的钴元素进行掺杂调控，研究掺杂元素的种类、浓度对材料电化学性能的影响，通过电化学性能测试确定了最优的掺杂元素类型和含量。当使用掺杂5 mol%铁元素的PBCC材料作为阴极时，燃料电池在700 °C的最大功率达到了1 259 mW?cm-2，远优于未掺杂时的988 mW?cm-2。对掺杂元素含量和种类的优化有助于提升固体氧化物燃料电池的电化学性能。
固体氧化物燃料电池 阴极 双钙钛矿 B-位掺杂 Solid oxide fuel cell Cathode Double perovskite B-site doping
1 华东师范大学 1. 物理与电子科学学院, 电子科学系
2 极化材料与器件教育部重点实验室, 上海 200241
六角铁氧体由于其具备高温下的低场磁电耦合特性, 有望应用于新型多态存储器及磁电传感器等微电子器件。利用Ti 4+离子对M型六角铁氧体BaFe12O19进行B位掺杂, 不仅可以调控材料的磁结构和磁学特性, 同时, Ti离子在六角铁氧体B位的不等价掺杂还可以产生相关缺陷、载流子和变价Fe离子进而改变其电学特性。本研究采用固相烧结法制备了M型六角铁氧体BaFe12-xTixO19 (x=0, 0.5, 1, 1.5)陶瓷, 并对其进行了性能表征和测试, 研究了B位Ti 4+掺杂对材料结构、磁学和介电特性的影响。研究结果表明, BaFe12-xTixO19呈现上、下自旋反平行的亚铁磁序。当Ti 4+离子掺杂量较低时, 更易取代位于上自旋格子的Fe 3+离子, 其磁化强度随Ti掺杂量的增加而减小; 随着Ti 4+离子掺杂量的进一步增加, 位于下自旋格子的Fe 3+离子也会逐渐被取代, 此时, 饱和磁化强度随掺杂量的增加而增加。此外, Ti 4+离子的引入也会使晶粒内部呈现半导性, 在晶粒/晶界处产生Maxwell-Wagner界面极化, 故而M型六角铁氧体BaFe12-xTixO19陶瓷会出现明显的低频介电增强并伴随着Maxwell-Wagner介电弛豫。
B位离子掺杂 M型六角铁氧体 磁学特性 介电特性 B-site doping M-type hexaferrite magnetic property dielectric property
