Gadolinium-doped ceria (GDC) is widely used as an effective diffusion barrier layer in solid oxide fuel cells (SOFCs) to avoid the undesired reactions between the electrolyte (typically yttria-stabilized zirconia, YSZ) and electrode materials due to impurity interdiffusion. In practice, these reactions cannot be sufficiently suppressed, as the high sintering temperature of GDC hinders the formation of dense and thin barrier layers. To address this problem, we herein investigated the ability of a ternary dopant system Ce(Gd, Bi, Yb)O_2−δ (Gd_0.135Yb_0.015Bi_0.02Ce_0.83O_2−δ, GYBC) deposited as a novel diffusion barrier layer on YSZ to enhance the SOFC performance. A dense and thin GYBC buffer layer was successfully fabricated by ultrasonic spraying followed by low-temperature sintering at 1250 °C, and the corresponding unit cell (Ni-YSZ/YSZ/GYBC/La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.8O_3−δ (LSCF)-GDC/LSCF) delivered a high power density of 2.32 W cm⁻² at 800 °C. Furthermore, GYBC favored the cathodic oxygen reduction reaction (ORR) by enhancing the oxygen supply capacity. As a result, the replacement of a commercial GDC layer by the GYBC layer increased the oxygen reservoir activity at high current densities and thus enhanced the electrochemical performance by 16%.

中文翻译：

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在大电流负载条件下使用 Ce（Gd， Bi， Yb）O2−δ 扩散阻挡层作为储氧器加速固体氧化物燃料电池的电化学性能


钆掺杂铈 （GDC） 被广泛用作固体氧化物燃料电池 （SOFC） 中的有效扩散阻挡层，以避免电解质（通常是钇稳定氧化锆，YSZ）和电极材料之间由于杂质相互扩散而发生不希望的反应。在实践中，这些反应无法得到充分抑制，因为 GDC 的高烧结温度会阻碍致密和薄阻挡层的形成。为了解决这个问题，我们本文研究了三元掺杂剂体系 Ce（Gd， Bi， Yb）O_2−δ （Gd_0.135Yb_0.015Bi_0.02Ce_0.83O_2−δ， GYBC） 作为新型扩散阻挡层沉积在 YSZ 上以增强 SOFC 性能的能力。通过超声波喷涂和 1250 °C 低温烧结成功制备了致密而薄的 GYBC 缓冲层，相应的晶胞 （Ni-YSZ/YSZ/GYBC/_{LA 0.4}Sr_0.6Co_0.2Fe_0.8O_3−δ （LSCF）-GDC/LSCF） 提供了 2.32 W cm⁻² 的高功率密度在 800 °C 下。 此外，GYBC 通过增强供氧能力来支持阴极氧还原反应 （ORR）。因此，用 GYBC 层取代商业 GDC 层增加了高电流密度下的储氧池活性，从而将电化学性能提高了 16%。