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可逆质子陶瓷电池(RPCCs)可实现高效的电-化学能转换,推动可再生能源利用。然而,其中低温(400–600 °C)运行受限于空气电极性能。

A位有序层状钙钛矿PrBa₀.₅Sr₀.₅Co₁.₅Fe₀.₅O₅₊δ(PBSCF)虽具潜力,但仍面临活性和稳定性问题。本研究南京工业大学徐玫瑰和澳大利亚科廷大学邵宗平等人通过引入Pr缺陷(p-PBSCF)和Ba/Sr缺陷(bs-PBSCF),系统揭示了缺陷类型对性能的调控机制。Ba/Sr缺陷不仅增强Co位点活性,还提升氧空位浓度,促进质子与氧离子传输,显著提升电极活性与稳定性。

文章亮点:

  1. 缺陷类型决定性能提升路径

  • Pr缺陷增强Co活性但抑制氧空位,限制质子传导;

  • Ba/Sr缺陷同时提升Co活性、氧空位浓度和质子传导,综合性能最优。

稳定性显著提升
Ba/Sr缺陷虽增强水合作用,但因晶胞体积更小,Ba–O/Sr–O键更强,有效抑制Ba/Sr偏析,提升长期稳定性。

理论与实验紧密结合
通过XAS、XPS、DFT计算等手段,系统揭示缺陷对电子结构、氧空位、水合行为的调控机制,为材料设计提供深入理解。

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Y. Song, Y. Song, Y. Wang, et al. “ Cation-Selective Defects Engineering in A-Site Ordered Layered Perovskites for High-Performance Reversible Protonic Ceramic Cells.” Adv. Mater. (2025): e11519.

https://doi.org/10.1002/adma.202511519

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