스칸디아(Sc)와 이트리아(Y) 코도핑된 지르코니아(ScYSZ)는 중간 온도 고체 산화물 연료 전지(IT-SOFC)에서 사용되는 고성능 고체 전해질 재료의 유망한 후보로 부상했다. 800 °C에서 기록적인 이온 전도도(∼0.10 S/cm)를 보여주지만, 우수한 성능의 물리적 기원은 잘 이해되지 않아 IT-SOFC에서의 추가 최적화와 응용이 제한적이다. 여기서 우리는 Sc–Y–Zr–O 전역 신경망 포텐셜을 구축하고 65가지의 다양한 조성(6.7–14.3 mol % 도펀트)에 걸쳐 ScYSZ의 열역학적 경관을 체계적으로 탐색한다. 수백만 개의 후보 구조 중에서 Sc/Y < 1일 때 Y₂O₃ ≥ 8 mol %에서 열역학적으로 안정한 정육면체 상 영역을 확인한다. 대규모 분자 동역학 시뮬레이션은 Sc₂O₃ = 3 mol % 및 Y₂O₃ = 8 mol %에서 ScYSZ가 800 °C에서 0.13 S/cm의 뛰어난 이온 전도도를 제공하여 기존의 8 mol % Y-안정화 지르코니아(YSZ)를 한 자릿수로 초월함을 추가로 보여준다. 우리의 분석은 Sc의 존재가 ⟨111⟩ Ov–Ov 쌍을 허용하여 Ov 농도를 증가시킬 뿐만 아니라 산소 이동 장벽을 현저히 감소시킴을 밝힌다. 우리의 결과는 이론적으로 IT-SOFC 응용을 위한 최적의 ScYSZ 조성을 지적할 뿐만 아니라 고급 고체 전해질 재료의 합리적 설계를 위한 일반적인 프레임워크를 설정한다.
Guan et al. (Wed,)은 이 질문을 연구하였다.