Sn and Y co-doped BaCo0.6Fe0.4O3- cathodes with enhanced oxygen reduction activity and CO2 tolerance for solid oxide fuel cells

氧气 氧化物 材料科学 掺杂剂 阴极 离子键合 极化(电化学) 兴奋剂 电化学 催化作用 化学工程 无机化学 电极 化学 离子 光电子学 物理化学 冶金 有机化学 工程类 生物化学
作者
Nan Han,Rongzheng Ren,Minjian Ma,Chunming Xu,Jinshuo Qiao,Wang Sun,Kening Sun,Zhenhua Wang
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:33 (5): 2658-2662 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2021.09.100
摘要

Applying mixed oxygen ionic and electronic conducting (MIEC) oxides as the cathode offers a promising solution to enhance the performance of solid oxide fuel cells (SOFCs). However, the phase instability in CO 2 -containing air and sluggish oxygen reduction activity of MIEC cathodes remain a long-term challenge for optimizing the electrochemical performance of SOFCs. Herein, a heterovalent co-doping strategy is proposed to enhance the oxygen reduction activity and CO 2 tolerance of SOFCs cathodes, which can be demonstrated by developing a novel BaCo 0.6 Fe 0.4 O 3- δ (BCF)-based MIEC oxide, BaCo 0.6 Fe 0.2 Sn 0.1 Y 0.1 O 3- δ (BCFSY). In addition to improving the stability of BCF-based perovskites, this strategy achieves an optimized balance of ionic mobility and oxygen vacancies due to the synergies between the effects of the co-dopants. Compared with single-doped materials, BCFSY exhibits improved CO 2 tolerance and considerably higher ORR activity, which is reflected in a significantly lower polarization resistance of 0.15 Ω cm 2 at 600 °C. The results of this work provide an efficient tactic for designing electrode materials for SOFCs. BaCo 0.6 Fe 0.2 Sn 0.1 Y 0.1 O 3- δ (BCFSY), heterovalent co-doping by Sn and Y, enhance the CO 2 tolerance and ORR catalytic activity, achieving an optimized balance of ionic mobility and oxygen vacancies due to the synergistic effect.
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