بررسی اثر آلایش ایتریوم بر نفوذ یون اکسیژن در زیرکونیا با استفاده از روش dftدر بهبود طراحی الکترولیت‌های sofc

امروزه سلول‌ های 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 سلول ‌ها به شمار می‌ آید. به منظور بهینه‌ سازی و کاهش دمای عملیاتی sofc‌ها، ارائه راه حل ‌هایی در خصوص افزایش رسانش نفوذ یون اکسیژن در این الکترولیت‌ها ضروری است. از جمله این راه ‌حل‌ها، می ‌توان به آلایش الکترولیت با عناصر آلایشی اشاره کرد. لذا هدف اصلی این تحقیق، بررسی تاثیر آلایش عنصر ایتریم بر نفوذ  یون اکسیژن در زیرکونیا (به عنوان رایج ‌ترین الکترولیت تجاری) است. در این پژوهش، با استفاده از محاسبات نظریۀ تابعی چگالی(dft)، اثر آلایش و جایگاه ایتریم بر انرژی فعال سازی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا براساس پیوند های اکسیژن (اکسیژن ‌های سه ‌گانه 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 فعال سازی نفوذ یون اکسیژن را کاهش می ‌دهد. با این وجود، جایگاه ایتریم نسبت به مسیر نفوذ، تاثیر چشم ‌گیری بر انرژی فعال سازی می ‌گذارد به نحوی که اکسیژن ترجیح می ‌دهد 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 می ‌شود.