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Accès ouvert déclaré 2025 article

Effects of B‐Site Nb Substitution on ORR Activity in Perovskite Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells

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Rattachement africain : sg, cn, us, it. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

ABSTRACT Solid oxide fuel cells (SOFCs) represent an advanced technology for achieving effective energy conversion, offering high efficiency and fuel flexibility. Perovskite‐type oxide cathode materials are critical to their operation, due to their excellent electrochemical performance. Doping strategies are commonly employed to improve their physicochemical and electrochemical characteristics. However, the precise role of high‐valence dopants in modulating oxygen reduction reaction (ORR) activity and oxygen ion transport remains inadequately understood. This study investigates the B‐site engineering in the perovskite material Pr 0.4 Sr 0.6 Co 0.2 Fe 0.8 O 3‐δ (PSCF) through niobium (Nb) doping, in which iron (Fe) is partially substituted to elucidate the influence of Nb on cathode performance. Density functional theory (DFT) calculations reveal that doping significantly reduces the oxygen vacancy formation energy ( E vac ) at Co/Fe‐related sites, thus promoting oxygen vacancy generation and enhancing oxygen mobility in the lattice. In contrast, the E vac at Nb‐related sites increases, indicating a site‐dependent redistribution of oxygen defects and local charge compensation. This redistribution facilitates the ORR pathway associated with high valence Co 4+ /Fe 4+ species at intermediate temperatures, even though the high temperature ORR involving Co 3+ /Fe 3+ may be partially suppressed. As the Nb content increases, a decrease in polarization resistance is observed, with the optimal electrochemical performance achieved in PSCFN 0.05 and PSCFN 0.1 , showing polarization resistances of 0.052 and 0.050 Ω cm 2 , respectively. Notably, PSCFN 0.1 achieves more than 2.6 times the power density of the undoped PSCF at 500°C (77 vs. 29 mW·cm −2 ). These findings provide fundamental insights into rational B‐site design, offering a clear strategy for enhancing the catalytic activity and ion transport properties of perovskite cathodes in SOFCs.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Effects of B‐Site Nb Substitution on ORR Activity in Perovskite Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells
Date Crossref
30/12/2025
Éditeur
Wiley
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

Les sujets associés

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