Interface Engineering to Operate Reversible Protonic Ceramic Electrochemical Cells Below 500 °C

材料科学 电化学 陶瓷 接口(物质) 化学工程 纳米技术 工程物理 复合材料 电极 物理化学 化学 毛细管数 毛细管作用 工程类
作者
Mingi Choi,Donguk Kim,Tae Kyeong Lee,Jaeyeob Lee,Hyun Sik Yoo,Wonyoung Lee
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (2) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/aenm.202400124
摘要

Abstract The low‐temperature (<500 °C) operation of reversible protonic ceramic electrochemical cells (PCECs) is desirable in achieving efficient and sustainable electricity generation, as well as green hydrogen production. However, significant interfacial resistance, which contributes to both ohmic and polarization resistance, remains a hurdle in lowering the operating temperature. In this study, PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ (PBSCF) and BaZr0.4Ce0.4Y0.1Yb0.1O3‐δ (BZCYYb) mono‐grain composite interlayers are introduced, which significantly extend the electrode/electrolyte interface and increase the concentration of vertically aligned oxygen vacancies along the heterointerface. This unique design achieves the lowest ohmic and polarization resistances among previously reported values in solid electrolyte‐based electrochemical cells. As a result, the PCEC can operate at extremely low temperature of 350 °C with an exceptional peak power density of 0.50 W cm−2 in fuel cell mode and current density of 0.25 A cm−2 at 1.3 V in electrolysis cell mode. Furthermore, it demonstrates high energy conversion efficiency and excellent stability under static and dynamic operating conditions.
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