Sr‐ und Ni‐dotierte LaCoO3 und LaFeO3 Perovskite: Neue Kathodenmaterialien für Festoxid-Brennstoffzellen

Ein verbessertes Kathodenmaterial für eine Festoxid-Brennstoffzelle wäre ein gemischter elektrischer und Oxidionenleiter mit einer guten katalytischen Aktivität für die Sauerstoffreduktion bei einer Betriebstemperatur T op ≥ 700°C und einer thermischen Ausdehnung, die der des Elektrolyten und der Verbindung entspricht. Wir berichten über die Eigenschaften von Sr- und Ni-dotierten LaCoO3 und LaFeO3 Perovskiten, die diese Kriterien erfüllen. Einphasenbereiche wurden durch Röntgendiffraktion bestimmt, und thermogravimetrische Analysen wurden verwendet, um die Temperaturen zu ermitteln, über denen Sauerstoffverlust und damit die Oxidionenleitfähigkeit auftritt. Die Leitfähigkeits- und Seebeck-Messungen deuten auf das Vorhandensein sowohl p-Typ- als auch n-Typ-polaronischer Ladungsträger hin, die aus einer Überlappung des NiIII/Ni2+ Redoxpaares mit den niedrigenspins/intermediären Spins CoIV/Coiii und hochspins Fe4+/Fe3+ Redoxpaaren resultieren. Die Bewegungsenthalpien ΔHm = 0.03, 0.02 und 0.08 eV wurden jeweils für Ni2+, CoIV und Fe4+ Polarons geschätzt. Optimale Zusammensetzungen haben Perkolationspfade zwischen Dotierstoffen. Vergleiche mit Transportdaten für die herkömmlichen Kathodenmaterialien La1-xSrxCoO3-δ und La1-xSrxMnO3 deuten darauf hin, dass eine überlegene Kathodenleistung zu erwarten ist.