Proton uptake and proton distribution in perovskite materials for protonic ceramic fuel cell applications

Abstract

Протонно-керамические топливные элементы способны генерировать электроэнергию путем непосредственного преобразования химической энергии топлива в ходе электрохимических реакций и имеют значительный потенциал практического использования благодаря своей высокой эффективности, малым выбросам и гибкости в отношении топлив. Более низкие и средние рабочие температуры (400–700°С) являются необходимым условием их коммерциализации, однако из-за недостаточной способности поглощения протонов и проводимости материалов электролита и катода выходные характеристики таких устройств ограничены. В настоящем обзоре обобщены различные способы определения концентрации и распределения протонов в некоторых типичных протон-проводящих перовскитах. Спектры ИК поглощения и комбинационного рассеяния в сочетании с первопринципными расчетами могут обеспечить большую часть информации о типах водородных связей с частотой колебаний 1000–4500 cм^-1, локальном окружении протона и взаимодействиях между протоном и дефектами кристаллической решетки. Симметричное окружение более благоприятно для транспорта протонов в структуре, чем асимметричное или захватывающее окружение. Для создания надлежащих материалов, способных проводить протоны, необходимо глубокое понимание особенностей поглощения и распределения протонов в перовскитных материалах.<br> Библиография — 167 ссылок.