固体氧化物燃料电池纳米级三明治和多层膜结构电解质室温氧离子电导率的密度泛函研究

能源问题是21世纪人类面临的最大挑战，发展能够替代传统能源、可再生、无污染的绿色能源，已成为世界各国面临的十分紧迫的任务。固体氧化物燃料电池(SOFC)是中短期最有希望替代传统能源的新能源技术。然而，SOFC过高的工作温度严重地制约了其商业化进程，大幅提高SOFC电解质在中温、乃至室温下的氧离子电导率是降低其工作温度的关键。本项目拟在我们已开展的对纳米级三明治结构KTaO3/YSZ/KTaO3 氧离子电导率的研究基础上，对若干纳米级三明治结构和多层膜结构电解质材料的氧离子电导率进行系统研究，弄清界面晶格失配和界面两侧氧离子亚晶格不相容性对氧离子电导率的影响规律及机理，探讨不同电解质材料所构成的纳米级三明治结构和多层膜结构的最优组合，为设计出良好的室温SOFC电解质材料提供理论依据和指导。本项目的完成有助于推动SOFC工作温度的室温化进程，是一项既有重要科学价值，又有广泛应用前景的前沿课题。

能源问题是21世纪人类面临的最大挑战，发展能够替代传统能源、可再生、无污染的绿色能源，已成为世界各国面临的十分紧迫的任务。固体氧化物燃料电池(SOFC)是中短期最有希望替代传统能源的新能源技术。然而，SOFC过高的工作温度严重地制约了其商业化进程，大幅提高SOFC电解质在中温、乃至室温下的氧离子电导率是降低其工作温度的关键。. 在本研究项目中，我们采用密度泛函理论方法和基于第一性原理的分子动力学模拟方法，对若干纳米级三明治结构和多层膜结构电解质材料中的氧离子迁移路径、扩散能垒和机理、应力及氧空位的影响等做了系统的计算机模拟研究，弄清界面晶格失配、氧空位和外加应力对氧离子电导率的影响规律及机理，探讨不同电解质材料所构成的纳米级三明治结构和多层膜结构的最优组合，为设计出良好的室温SOFC电解质材料提供理论依据和指导。本项目的完成有助于推动SOFC工作温度的室温化进程，是一项既有重要科学价值，又有广泛应用前景的前沿课题。