بررسي اثر آلايش ايتريوم بر نفوذ يون اكسيژن در زيركونيا با استفاده از روش DFTدر بهبود طراحي الكتروليت‌هاي SOFC

امروزه سلول‌ هاي سوختي اكسيد جامد (SOFCs) به عنوان يك فناوري درحال توسعه در راستاي توليد انرژي پاك و پايدار، كانون توجه محققين در حوزۀ انرژي و محيط زيست قرار گرفته‌اند. الكتروليت به عنوان قلب SOFC يكي از اركان اصلي اين سلول ‌ها به شمار مي‌ آيد. به منظور بهينه‌ سازي و كاهش دماي عملياتي SOFC‌ها، ارائه راه حل ‌هايي در خصوص افزايش رسانش نفوذ يون اكسيژن در اين الكتروليت‌ها ضروري است. از جمله اين راه ‌حل‌ها، مي ‌توان به آلايش الكتروليت با عناصر آلايشي اشاره كرد. لذا هدف اصلي اين تحقيق، بررسي تأثير آلايش عنصر ايتريم بر نفوذ  يون اكسيژن در زيركونيا (به عنوان رايج ‌ترين الكتروليت تجاري) است. در اين پژوهش، با استفاده از محاسبات نظريۀ تابعي چگالي(DFT)، اثر آلايش و جايگاه ايتريم بر انرژي فعال سازي مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا براساس پيوند هاي اكسيژن (اكسيژن ‌هاي سه ‌گانه يا چهارگانه) سه نوع مسير نفوذ متفاوت در نظر گرفته شد و سپس اثر ايتريم بر نفوذ يون اكسيژن مورد بررسي قرار گرفت. به طوركلي نتايج نشان مي‌دهد كه عنصر ايتريم فارغ از جايگاه آلايش خود در زيركونيا، انرژي فعال سازي نفوذ يون اكسيژن را كاهش مي ‌دهد. با اين وجود، جايگاه ايتريم نسبت به مسير نفوذ، تأثير چشم ‌گيري بر انرژي فعال سازي مي ‌گذارد به نحوي كه اكسيژن ترجيح مي ‌دهد از مسيري نفوذ كند كه ايتريم در آن حضور نداشته باشد. همچنين نتايج حاكي از آن است كه عنصر ايتريم باعث ايجاد جايگاه‌هاي ترجيحي اكسيژن در ساختار مي ‌شود.