본 발명은 신규 공기극 물질을 통해 기존의 가역프로톤세라믹전지(RPCCs, Reversible protonic ceramic cells)의 성능과 내구성을 향상하고자 한다. 공기극은 산소 환원 반응(ORR, Oxygen reduction reacation) 및 산소 발생 반응(OER, Oxygen evolution reaction)의 장으로서 전자 전도성이 충분해야 하고, 전극 전면에서 산소 이온과 프로톤이 함께 이동할 수 있는 삼중 전도 환경이 요구된다.

본 발명의 출발 물질인 BaFeO3-δ(BFO)는 저원가, 우수한 열적 안정성, 혼합 이온-전자 전도 특성으로 공기극 후보로 유망하다. 다만 Fe4+ 의 안정화가 어려워 큐빅 단일상 합성 창이 좁고, 물과의 반응에서 수산기 결함 형성이 제한되어 습윤 조건에서도 프로톤 기여가 작다는 한계가 있다. 이러한 구조적·화학적 제약은 장기 운전 시 분극 증가와 성능 저하로 이어질 수 있다.
본 발명은 Nd0.03Ba0.97Fe0.7Bi0.3O3-δ (NBFB) 조성으로 위 문제를 해결한다.