工程科学学报.第44卷，第X期：1-6.2022年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-6,X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.21.005;http://cje.ustb.edu.cn 阴离子F掺杂SOFCs阴极La1-Sr.Co1-vFeO3-s的氧还 原性能 董雨龙”，李宗宝》，王傲》，花仕洋)四 1)江南大学理学院，无锡2141222)铜仁学院铜仁市文化科技产业创新研究中心，铜仁5543003)武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064 ☒通信作者，E-mail:huasy576@163.com 摘要固体氧化物燃料电池(SOC)因其高效、清洁及便携性等优点被认为是当前最具应用前景的新能源技术之一，传统 SOC较高的工作温度(>800℃)限制了其商业推广，降低其工作温度成为当前研究的热点.钙钛矿阴极材料 La-Sr,Co1-Fe,O-LSCF)因具有较高的电子离子混合导电性而成为中温SOFC阴极材料的较佳选择，同时实验证明F替代 O位能有效提升SOFC稳定性.基于已有实验报道，本文采用第一性原理计算了F掺杂对LSCF电子结构影响、氧气分子在 (100)表面吸附能的变化、阴极体内氧空位形成能及氧离子迁移活化能的影响.通过与未掺杂材料性能的比较，证明：适量 F糁杂LSC℉在有效提升阴极表面对氧气分子吸附能力同时能进一步提高体内氧离子迁移效率，从而提升阴极氧化还原反应 能力. 关键词固体氧化物燃料电池：钙钛矿阴极：氟离子掺杂：氧空位：离子迁移活化能 分类号TK91 Oxygen reduction performance of F-doped LaSr,Co-Fe,O3-5 solid oxide fuel cells cathode DONG Yu-long,LI Zong-bao,WANG Ao,HUA Shi-yang 1)School of Science,Jiangnan University,Wuxi 214122,China 2)Institute of Cultural and Technological Industry Innovation of Tongren,Tongren University,Tongren 554300,China 3)Wuhan Institute of Marin Electric Propulsion,Wuhan 430064,China Corresponding author,E-mail:huasy576@163.com ABSTRACT Solid oxide fuel cells (SOFCs),which are electrochemical devices that generate power with high efficiency,free of pollution,and nonregional restrictions,have attracted extensive attention.A traditional SOFC works at temperatures more than 800C, which introduces several severe problems or drawbacks,such as the high possibility of interfacial reaction between the cell components, easy densification of the electrode layer,possible crack formation owing to mismatch in the thermal expansion of cell components,and the requirement for a high-cost LaCrO3 ceramic as the interconnect material.Thus,reducing the operating temperature of SOFCs has become a consensus among researchers for the benefit of long-time operation.On the other hand,the operation of SOFCs at lower temperatures introduces several major issues,such as the increase in electrode resistivities and polarization losses of electrode reactions, particularly the oxygen reduction reaction in the cathode.Presently,perovskite-based oxides with mixed ion-electron conductivity (MIEC)are the most promising cathode materials for intermediate temperature SOFCs.Among the various mixed conducting oxides, 收稿日期：2021-05-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52072134)：贵州省教育厅科技拔尖资助项目（黔教合KY字2019]060）：铜仁市科技计划资助项 目（铜市科研[2020]123）：铜仁学院博士启动基金资助项目(tyDH1905)阴离子 F 掺杂 SOFCs 阴极 La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ 的氧还 原性能 董雨龙1)，李宗宝2)，王    傲3)，花仕洋3) 苣 1) 江南大学理学院，无锡 214122    2) 铜仁学院铜仁市文化科技产业创新研究中心，铜仁 554300    3) 武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064 苣通信作者， E-mail: huasy576@163.com 摘    要    固体氧化物燃料电池 (SOFC) 因其高效、清洁及便携性等优点被认为是当前最具应用前景的新能源技术之一. 传统 SOFC 较 高 的 工 作 温 度 （ >800  ℃ ） 限 制 了 其 商 业 推 广 ， 降 低 其 工 作 温 度 成 为 当 前 研 究 的 热 点 . 钙 钛 矿 阴 极 材 料 La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ (LSCF) 因具有较高的电子离子混合导电性而成为中温 SOFC 阴极材料的较佳选择，同时实验证明 F 替代 O 位能有效提升 SOFC 稳定性. 基于已有实验报道，本文采用第一性原理计算了 F 掺杂对 LSCF 电子结构影响、氧气分子在 (100) 表面吸附能的变化、阴极体内氧空位形成能及氧离子迁移活化能的影响. 通过与未掺杂材料性能的比较，证明：适量 F 掺杂 LSCF 在有效提升阴极表面对氧气分子吸附能力同时能进一步提高体内氧离子迁移效率，从而提升阴极氧化还原反应 能力. 关键词    固体氧化物燃料电池；钙钛矿阴极；氟离子掺杂；氧空位；离子迁移活化能 分类号    TK91 Oxygen reduction performance of F-doped La1−xSrxCo1−yFeyO3−δ solid oxide fuel cells cathode DONG Yu-long1) ，LI Zong-bao2) ，WANG Ao3) ，HUA Shi-yang3) 苣 1) School of Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, China 2) Institute of Cultural and Technological Industry Innovation of Tongren, Tongren University, Tongren 554300, China 3) Wuhan Institute of Marin Electric Propulsion, Wuhan 430064, China 苣 Corresponding author, E-mail: huasy576@163.com ABSTRACT    Solid  oxide  fuel  cells  (SOFCs),  which  are  electrochemical  devices  that  generate  power  with  high  efficiency,  free  of pollution, and nonregional restrictions, have attracted extensive attention. A traditional SOFC works at temperatures more than 800 °C, which introduces several severe problems or drawbacks, such as the high possibility of interfacial reaction between the cell components, easy densification of the electrode layer, possible crack formation owing to mismatch in the thermal expansion of cell components, and the requirement for a high-cost LaCrO3 ceramic as the interconnect material. Thus, reducing the operating temperature of SOFCs has become  a  consensus  among  researchers  for  the  benefit  of  long-time  operation.  On  the  other  hand,  the  operation  of  SOFCs  at  lower temperatures introduces several major issues, such as the increase in electrode resistivities and polarization losses of electrode reactions, particularly  the  oxygen  reduction  reaction  in  the  cathode.  Presently,  perovskite-based  oxides  with  mixed  ion-electron  conductivity (MIEC) are the most promising cathode materials for intermediate temperature SOFCs. Among the various mixed conducting oxides, 收稿日期: 2021−05−21 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52072134）；贵州省教育厅科技拔尖资助项目（黔教合 KY 字 [2019]060）；铜仁市科技计划资助项 目 (铜市科研〔2020〕123）；铜仁学院博士启动基金资助项目（trxyDH1905） 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−6，2022 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−6, X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.21.005; http://cje.ustb.edu.cn