在可再生能源领域，固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高效、低污染和燃料灵活性的特点而备受关注。然而，其长期耐久性的不足成为了其商业化道路上的一大障碍。近日，哈尔滨工业大学科研团队成功开发了一种具有增强活性和运行稳定性的高熵双钙钛矿正极，为解决这一问题提供了新思路；在过去的研究中，双钙钛矿LnBaCo2O5+δ（Ln=镧系元素和Y）作为中温SOFC（IT-SOFC）正极材料被广泛研究。然而，由于表面阳离子偏聚和污染物相互作用导致的正极降解问题，使得这类材料的应用受到了限制。在此背景下，科研团队决定探索构型熵对晶体结构、电导率、电化学性能和稳定性的影响。研究人员引入了“中/高熵氧化物”的新概念。根据构型熵公式，当系统中的元素数量增加时，构型熵值也会随之增大，从而实现更高的结构稳定性。通过引入高熵策略，成功抑制了La0.8Sr0.2MnO3-δ中的Sr偏析，提高了正极的长期运行稳定性。

                            (a) GBCO 和 Ln 位高熵双钙钛矿氧化物的晶体结构示意图 (b) HEO 的 XRD Rietveld 细化曲线 (c) 计算的晶格参数和晶格体积。

1.在此基础上，研究人员设计并合成了三种高熵双钙钛矿氧化物，这三种在Ln位点具有五种稀土元素的组成，包括(La0.2Pr0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2)BaCo2O5+δ（HEO，等摩尔比），(La0.17Pr0.33Nd0.17Sm0.17Gd0.17)BaCo2O5+δ（HEO-Pr2）和(La0.17Pr0.17Nd0.17Sm0.17Gd0.33)BaCo2O5+δ（HEO-Gd2）。测试结果显示，HEO表现出最高的氧还原反应（ORR）活性，在700℃时极化电阻值仅为0.05Ωcm2，且在含CO2气氛中表现出优异的稳定性。

(a) HEO、PBCO 和 GBCO 在 700 °C 时的电导率弛豫过程。(b) 体扩散系数和表面交换系数的温度依赖性。(c) 在 700 °C 空气中测量的高熵、PBCO 和 GBCO 阴极的电化学阻抗谱。(d) R p值在 700 至 500 °C 之间的温度依赖性。(e) 在不同 p O2下在 700 °C 下测量的 HEO 阴极的电化学阻抗谱。(f) 700 °C 时 LF、MF 和 HF 对 p O2的依赖性。

2.这些结果表明，增加构型熵可以有效抑制Ba偏析，并提高正极的活性和稳定性。更重要的是，这种高熵设计不仅可以应用于SOFC正极，还有望在其他电化学装置中得到应用。

3.高熵双钙钛矿正极材料的出现将极大推动固体氧化物燃料电池的发展，有望克服目前商业化过程中遇到的耐久性问题。随着进一步的研发和优化，如果能够实现大规模商业化，这也意味着高熵双钙钛矿正极在未来可能成为一种主流的正极材料，推动固体氧化物燃料电池的大规模商业化应用。