高氧离子电导钙钛矿的影响因素分析和设计策略

• 作者: 李文怀 周嵬
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 钙钛矿氧化物 氧离子扩散 氧迁移能垒 燃料电池 透氧膜
• 年，卷（期）: 2022,（4）
• 所属期刊栏目: 综述与专论
• 页码范围: 1455-1471
• 页数: 16页
• 分类号: O6-1
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20211369

摘要

氧离子导体，如钙钛矿氧化物（ABO3结构），广泛应用于燃料电池、氧传感器和透氧膜，提高钙钛矿氧化物的体相氧离子传输性能是提升这些设备工作效率的关键。钙钛矿氧离子的传输性能受到晶体结构、A/B位阳离子、阴离子及氧空位等复杂因素的影响，这为开发具有高氧离子电导的钙钛矿材料带来了极大的挑战。本文首先分析了氧离子在钙钛矿体相的传输机制，总结了常见的钙钛矿体相氧传输性能影响因素，包括晶体结构、平均金属-氧键能、氧空位浓度以及氧空位分布等，重点分析了这些影响因素作用于钙钛矿体相氧传输过程的方式和机理，并剖析了调控这些影响因素的手段以及原理。之后进一步阐明了钙钛矿氧传输性能的预测方法及相应的验证手段，如O2程序升温脱附、X射线吸收谱、高倍率透射电子显微镜和模拟计算等。通过实验直接观测材料内部微观性质，结合模拟计算可以进一步帮助理解钙钛矿氧化物体相氧离子传输过程。本文旨在寻找更加准确和便捷的设计策略，从而快速地筛选高氧离子电导的钙钛矿氧化物。