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Layered perovskite LnBa0.5Sr0.5Cu2O5+δ (Ln = Pr and Nd) as cobalt-free cathode materials for solid oxide fuel cells
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资源说明：Layered perovskite LnBa0.5Sr0.5Cu2O5+δ (Ln = Pr and Nd) as cobalt-free cathode materials for solid oxide fuel cells
这篇文章主要探讨了无钴层状钙钛矿型材料LnBa0.5Sr0.5Cu2O5+δ（Ln=Pr和Nd，分别代表PBSC和NBSC）作为固体氧化物燃料电池（SOFCs）阴极材料的研究。该研究的目的是开发出不含钴的阴极材料，因为当前的主流材料是基于钴的钙钛矿，而钴资源稀缺且价格昂贵。
知识点一：层状钙钛矿材料
层状钙钛矿材料是具有特定晶体结构的一类化合物，其化学式通常可以表示为ABO3，其中A和B是两种不同金属离子，O是氧离子。在此研究中，LnBa0.5Sr0.5Cu2O5+δ具有独特的层状结构，这使得它在固体氧化物燃料电池中有着潜在的应用价值。
知识点二：固体氧化物燃料电池（SOFCs）
固体氧化物燃料电池是一种直接将储存在燃料中的化学能转换为电能的装置，它使用固态电解质来允许氧离子在阴极和阳极之间移动。SOFCs的一大优势在于工作温度高，通常在650°C至1000°C之间，这样高的温度可以确保较高的电化学效率和较低的催化活性要求。
知识点三：钴在燃料电池阴极材料中的应用和局限性
目前，许多高性能的固体氧化物燃料电池阴极材料使用钴作为主要成分。然而，钴材料的缺点包括成本高、资源稀缺和在电池运行过程中易于劣化。因此，找到不含钴的替代材料对降低SOFCs的成本和提高其商业可行性至关重要。
知识点四：合成方法
研究中，使用了柠檬酸和EDTA络合法来制备LnBa0.5Sr0.5Cu2O5+δ粉末。这是一种常见的溶液化学合成方法，可以制备高纯度的粉末材料。柠檬酸和EDTA起到络合剂的作用，帮助控制晶体的形成和生长过程，从而影响最终材料的电化学性能。
知识点五：电化学性能评估
研究评估了PBSC和NBSC作为SOFCs阴极材料的电化学性能，特别考察了极化电阻Rp和最大功率密度。极化电阻是衡量材料电化学性能的关键参数之一，反映了在给定温度下阴极电极上的电子传递阻力。更高的功率密度意味着更高效的能量转换。
知识点六：热膨胀系数（TECs）
热膨胀系数是材料在温度变化时体积或长度变化的度量。对于SOFCs来说，热膨胀系数的匹配非常重要，因为电堆在启动和运行过程中都会经历温度变化。如果电极和电解质的热膨胀系数不匹配，可能会导致材料的机械破损。PBSC和NBSC的平均热膨胀系数与常用的中温电解质材料La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3（LSGM）相似，这表明它们与电解质材料匹配良好。
知识点七：功率密度的测定
文章中通过构建电解质支持的单电池，并使用PBSC和NBSC作为阴极材料，SDC作为中间层，Ni/SDC作为阳极，来测定这些材料的最大功率密度。实验结果表明，在850°C下，使用PBSC和NBSC作为阴极的SOFCs分别获得了681mW/cm²和651mW/cm²的最大功率密度。
从上述内容可以看出，PBSC和NBSC作为一种新型的无钴层状钙钛矿材料，不仅具有与现有电解质良好的热膨胀系数匹配性，而且具有较好的电化学性能。这表明它们有潜力作为未来的固体氧化物燃料电池阴极材料，以降低电池成本并提高电池的稳定性和耐用性。
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