稀土高熵氟石电解质中由构型熵驱动的氧离子传输用于低温燃料电池

降低陶瓷燃料电池的操作温度需要保持高氧离子导电性，同时在中间温度范围内保持结构稳定的电解质材料。本研究合成并评估了一种五组分的稀土高熵氟石氧化物，Ce0.20Sm0.20La0.20Nd0.20Gd0.20O2−δ（RE-HEOs），作为低温陶瓷燃料电池（CFCs）的潜在电解质。通过拉曼光谱和XPS评估晶格无序和与氧缺陷相关的特征，同时利用热重分析评估氧损失行为。电化学测量通过阻抗光谱和单电池极化/功率测试进行。所制备的电解质展现出0.15 S cm–1的导电性，同时在550 °C下提供了843 mW cm–2的峰值功率密度（PPD）。与在相同测试条件下的SDC相比，高熵氟石显示出明显增强的氧离子导电性和峰值功率密度。密度泛函理论计算表明，多阳离子无序改变了氟石晶格的电子结构，将O 2p带中心向费米能级移动，这与氧空位形成的趋向增加和氧离子迁移的促进一致。结果建立了稀土高熵氟石作为提升低温陶瓷燃料电池电解质性能的可扩展设计策略。