Highly conductive and stable ErxCe0.05Bi0.95-xO1.5+δ solid electrolytes for low-temperature solid-oxide fuel cells

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作者
Yuan Gao,Ling Huang,Qingzhuo Li,Wei Liu,Jianping Chen,Shouqi Wang,B.W. Zhang,Jiu-Tao Gao,Chang‐Jiu Li,Cheng‐Xin Li
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:50: 1329-1340
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.10.269
摘要

Low-temperature solid oxide fuel cells (LT-SOFCs) are key to meeting China's dual-carbon goal, but existing solid electrolytes suffer from low conductivity. Here, a highly conductive Er/Ce co-doped bismuth oxide (ErxCe5SB, x = mol%) electrolyte is reported. Synthesis is achieved by reverse coprecipitation, and ErxCe5SB has a cubic fluorite structure with a uniform particle size of 100–200 nm, although Er5Ce5SB and Er10CeSB contain a minor rhombohedral phase. Dense pellets (relative density: 93 %) are formed after sintering at 800 °C for 6 h, and the lattice constants decrease with the increase in erbium dopant concentration. Er20Ce5SB had an impressive ionic conductivity of 0.016 S cm-1 at 450 °C. Notably, after being annealed at 600 °C for 4032 h, Er20Ce5SB showcased a commendable stability in conductivity, measuring approximately 0.09 S cm−1, with only a minor drop in its conductivity value. Even after such extended annealing, Er20Ce5SB retained its pure cubic phase structure, devoid of any impurities. Oxygen-ion ordering yields a superstructure, as observed by HR-TEM. Because of its high conductivity and long-term stability, Er20Ce5SB is a promising LT-SOFC electrolyte material.

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