钇掺杂锆酸钡中点/线缺陷结构及氧扩散机理的分子动力学模拟

钇掺杂锆酸钡具有优异的化学稳定性和离子电导率,是固体氧化物燃料电池电解质最有吸引力的候选材料之一.本文采用经典分子动力学模拟方法首次研究点缺陷和线缺陷共存的锆酸钡体系,分别得到钇掺杂剂和氧空位浓度以及刃位错对体系结构和氧传输性质的影响.结果表明,钇掺杂剂浓度过高或者过低,都不利于氧传导;无论有无刃位错缺陷, 30%钇掺杂锆酸钡体系的氧离子扩散系数更高.在1073.15 K的温度下,掺杂剂浓度小于30%时,刃位错的存在会加速氧离子扩散,这一现象可以通过刃位错、氧空位以及氧离子之间的富集-慢跑传输机制来解释.因此,在固体电解质的实际应用中,锆酸钡的掺杂剂浓度不能太高,并且可以考虑制造线缺陷来提高离子电导率.