南策文院士和陳充林教授：質子傳導SNO外延膜的理化性能

2020-09-03 英文刊Materiomics

固體氧化物燃料電池（SOFCs）和傳統電池類似，都具有陽極、陰極和電解質，其中電解質需要高效傳導離子並阻礙電子。通常，SOFCs的電解質分為2類：氧離子傳導和質子傳導，其中質子導體SOFCs因為運行溫度相對較低和高能量密度的優勢，受到了越來越多的關注。近幾年的研究報導表明鎳酸釤(SNO)是一種可在低溫下運行的新型質子傳導電解質。清華大學南策文院士研究團隊和美國德克薩斯大學聖安東尼奧分校的陳充林教授研究團隊今日帶您了解質子傳導SNO外延膜的理化性能。相關成果發表在Journal of Materiomics第5卷第2期，題目為Physicochemical properties of proton-conducting SmNiO3 epitaxial films。


內容梳理

採用脈衝雷射沉積法，以LaAlO3 (001) 單晶為基底，製備了GdFeO3型SNO薄膜。XRD結果顯示，SNO薄膜具有單晶和光滑表面，晶粒朝向沿c軸排列。

The XRD pattern of SNO on LAO and AFM image of an SNO thin film surface

在空氣中873K熱處理後，薄膜在373K時，表現出金屬態向絕緣態轉變的現象。

The temperature dependence of the resistance of SNO in air

電化學阻抗測試表明，SNO薄膜在氫氣環境中，具有較高的離子傳導率(0.030 S/cm 在 773 K)。質子傳導活化能在473–773 K 時為0.23 eV ，在773–973 K時為0.37 eV 。

An Electrochemical Impedance spectrum and an Arrhenius plot

亮點

  • SmNiO3(SNO) epitaxial thin films were grown on (001) LaAlO3 substrates.
  • A Metal-Insulator-Transition occurs at 373 K for the films after annealing at 873 K in air.
  • EIS studies indicate that the SNO films have a high ionic conductivity (0.030 S/cm at 773 K) in a hydrogen atmosphere.
  • The activation energy for proton conductivity was determined to be 0.23 eV at 473–773 K and 0.37 eV at 773–973 K respectively.

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