A family of oxide ion conductors based on the ferroelectric perovskite Na0.5Bi0.5TiO3

材料科学 钙钛矿(结构) 电解质 离子电导率 电导率 铁电性 导电体 电介质 快离子导体 兴奋剂 烧结 离子 氧化物 化学工程 纳米技术 光电子学 电极 复合材料 化学 物理化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Ming Li,Martha J. Pietrowski,Roger A. De Souza,Huairuo Zhang,Ian M. Reaney,Stuart N. Cook,John A. Kilner,Derek C. Sinclair
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 31-35 被引量:819
标识
DOI:10.1038/nmat3782
摘要

Oxide ion conductors find important technical applications in electrochemical devices such as solid-oxide fuel cells (SOFCs), oxygen separation membranes and sensors. Na0.5Bi0.5TiO3 (NBT) is a well-known lead-free piezoelectric material; however, it is often reported to possess high leakage conductivity that is problematic for its piezo- and ferroelectric applications. Here we report this high leakage to be oxide ion conduction due to Bi-deficiency and oxygen vacancies induced during materials processing. Mg-doping on the Ti-site increases the ionic conductivity to ~0.01 S cm(-1) at 600 °C, improves the electrolyte stability in reducing atmospheres and lowers the sintering temperature. This study not only demonstrates how to adjust the nominal NBT composition for dielectric-based applications, but also, more importantly, gives NBT-based materials an unexpected role as a completely new family of oxide ion conductors with potential applications in intermediate-temperature SOFCs and opens up a new direction to design oxide ion conductors in perovskite oxides.
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