Iranian Journal of Physics Research (May 2024)
بررسی اثر آلایش ایتریوم بر نفوذ یون اکسیژن در زیرکونیا با استفاده از روش DFTدر بهبود طراحی الکترولیت‌های SOFC
Abstract
امروزه سلول‌های سوختی اکسید جامد (SOFCs) به عنوان یک فناوری درحال توسعه در راستای تولید انرژی پاک و پایدار، کانون توجه محققین در حوزۀ انرژی و محیط زیست قرار گرفته‌اند. الکترولیت به عنوان قلب SOFC یکی از ارکان اصلی این سلول‌ها به شمار می‌آید. به منظور بهینه‌سازی و کاهش دمای عملیاتی SOFCها، ارائه راه حل‌هایی در خصوص افزایش رسانش نفوذ یون اکسیژن در این الکترولیت‌ها ضروری است. از جمله این راه‌حل‌ها، می‌توان به آلایش الکترولیت با عناصر آلایشی اشاره کرد. لذا هدف اصلی این تحقیق، بررسی تأثیر آلایش عنصر ایتریم بر نفوذ یون اکسیژن در زیرکونیا (به عنوان رایج‌ترین الکترولیت تجاری) است. در این پژوهش، با استفاده از محاسبات نظریۀ تابعی چگالی(DFT)، اثر آلایش و جایگاه ایتریم بر انرژی فعالسازی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا براساس پیوندهای اکسیژن (اکسیژن‌های سه‌گانه یا چهارگانه) سه نوع مسیر نفوذ متفاوت در نظر گرفته شد و سپس اثر ایتریم بر نفوذ یون اکسیژن مورد بررسی قرار گرفت. به طورکلی نتایج نشان می‌دهد که عنصر ایتریم فارغ از جایگاه آلایش خود در زیرکونیا، انرژی فعالسازی نفوذ یون اکسیژن را کاهش می‌دهد. با این وجود، جایگاه ایتریم نسبت به مسیر نفوذ، تأثیر چشم‌گیری بر انرژی فعالسازی می‌گذارد به نحوی که اکسیژن ترجیح می‌دهد از مسیری نفوذ کند که ایتریم در آن حضور نداشته باشد. همچنین نتایج حاکی از آن است که عنصر ایتریم باعث ایجاد جایگاه‌های ترجیحی اکسیژن در ساختار می‌شود.
Keywords
