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首页> 外文期刊>The journal of physical chemistry, A. Molecules, spectroscopy, kinetics, environment, & general theory >ReaxFF reactive force field for solid oxide fuel cell systems with application to oxygen ion transport in yttria-stabilized zirconia
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ReaxFF reactive force field for solid oxide fuel cell systems with application to oxygen ion transport in yttria-stabilized zirconia

机译：用于固体氧化物燃料电池系统的ReaxFF反作用力场及其在氧化钇稳定的氧化锆中的氧离子传输中

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We present the ReaxFF reactive force field developed to provide a first-principles-based description of oxygen ion transport through yttria-stabilized zirconia (YSZ) solid oxide fuel cell (SOFC) membranes. All parameters for ReaxFF were optimized to reproduce quantum mechanical (QM) calculations on relevant condensed phase and cluster systems. We validated the use of ReaxFF for fuel cell applications by using it in molecular dynamics (MD) simulations to predict the oxygen ion diffusion coefficient in yttria-stabilized zirconia as a function of temperature. These values are in excellent agreement with experimental results, setting the stage for the use of ReaxFF to model the transport of oxygen ions through the YSZ electrolyte for SOFC. Because ReaxFF descriptions are already available for some catalysts (e.g., Ni and Pt) and under development for other high-temperature catalysts, we can now consider fully first-principles-based simulations of the critical functions in SOFC, enabling the possibility of in silico optimization of these materials. That is, we can now consider using theory and simulation to examine the effect of materials modifications on both the catalysts and transport processes in SOFC.
机译：我们介绍了ReaxFF反作用力场，以提供基于第一原理的氧离子通过氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）固体氧化物燃料电池（SOFC）膜的传输的描述。 ReaxFF的所有参数均经过优化，可在相关的凝聚相和团簇系统上重现量子力学（QM）计算。我们通过在分子动力学（MD）模拟中使用ReaxFF来预测氧化钇稳定氧化锆中氧离子扩散系数随温度的变化，从而验证了ReaxFF在燃料电池中的应用。这些值与实验结果非常吻合，为使用ReaxFF建模氧离子通过YSZ电解质进行SOFC建模奠定了基础。由于ReaxFF描述已可用于某些催化剂（例如Ni和Pt），并且正在开发用于其他高温催化剂，因此我们现在可以考虑对SOFC的关键功能进行完全基于第一原理的模拟，从而实现了计算机模拟的可能性。这些材料的优化。也就是说，我们现在可以考虑使用理论和模拟来研究材料改性对SOFC中催化剂和运输过程的影响。

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