质子陶瓷燃料电池（PCFC）是一种新型高效能量转换装置，可在中低温（450℃-750℃）范围内运行，有效避免了固体氧化物燃料电池（SOFC）因工作温度较高衍生的成本高、长期稳定性差、启动慢、封装困难等问题。然而，随着工作温度的降低，阴极电导率和氧还原反应（ORR）活性不足，极大地限制了PCFC的输出性能。因此，探索中低温条件下具有优异电化学性能的新型阴极对于推进PCFC的发展至关重要。

本工作报道了一种通过A位Sr²⁺和B位Cu²⁺的共掺策略制备的Ruddlesden-Popper钙钛矿氧化物Nd2-xSrxNi0.9Cu0.1O4+δ（x= 0,0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1）阴极，可实际应用于PCFC中，并对其结构性质、导电性能和ORR活性进行全面研究。研究发现，适量Sr²⁺掺杂可通过调节表面氧缺陷数量和B位Ni离子价态，实现电导率和电催化活性的协同优化。

Nd2-xSrxNi0.9Cu0.1O4+δ（x=0,0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1）系列阴极中，Nd1.4Sr0.6Ni0.9Cu0.1O4+δ（NSNC6）的电导率大幅提高（450℃-750℃范围内超过100S/cm），电催化活性显著增强，并与质子导体电解质BaZr0.1Ce0.69Ni0.01Y0.2O3-δ（BZCNY）具有良好的化学相容性。NSNC6-BZCNY三重导电阴极较NSNC6单相阴极展现出更低的极化阻抗，其原因是质子体相传导路径的增加改善了氧反应和扩散过程。采用NSNC6-BZCNY三重导电阴极的PCFC表现出足够的长期稳定性，在650℃时的峰值功率密度为445mW/cm²，较采用NSNC6单相阴极的PCFC提高约50%。研究表明，所开发的NSNC6阴极在一定程度上解决了目前PCFC阴极电化学性能不足的问题，具有较大的应用潜力和发展前景。

该论文“Highly efficient A and B site doped Ruddlesden-Popper perovskite oxide Nd2-xSrxNi0.9Cu0.1O4+δ as a cathode for PCFCs”在ACS Applied Energy Materials在线发表，论文第一作者为王婉婷，通讯作者为刘长青。

论文引用格式：Wang W, Wu Y, Lin X, et al. Highly efficient A and B site doped Ruddlesden-Popper perovskite oxide Nd2-xSrxNi0.9Cu0.1O4+δ as a cathode for PCFCs[J]. ACS Applied Energy Materials, 2024, 7(6): 2197-2209.

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsaem.3c02923