Functional thin films as cathode/electrolyte interlayers: a strategy to enhance the performance and durability of solid oxide fuel cells

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作者
Marina Machado,Federico Baiutti,Lucile Bernadet,Alex Morata,Marc Núñez,J. P. Ouweltjes,Fabio C. Fonseca,Marc Torrell,Albert Tarancón
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (33): 17317-17325
标识
DOI:10.1039/d2ta03641j
摘要

Electrochemical devices such as solid oxide fuel cells (SOFC) may greatly benefit from the implementation of nanoengineered thin-film multifunctional layers providing, alongside enhanced electrochemical activity, improved mechanical, and long-term stability. In this study, an ultrathin (400 nm) bilayer of samarium-doped ceria and a self-assembled nanocomposite made of Sm0.2Ce0.8O1.9-La0.8Sr0.2MnO3-$\delta$ was fabricated by pulsed laser deposition and is employed as a functional oxygen electrode in an anode-supported solid oxide fuel cell. Introducing the functional bilayer in the cell architecture results in a simple processing technique for the fabrication of high-performance fuel cells (power density 1.0 W.cm-2 at 0.7 V and 750 $^\circ$C). Durability tests were carried out for up to 1500 h, showing a small degradation under extreme operating conditions of 1 A.cm-2, while a stable behaviour at 0.5 A.cm-2. Post-test analyses, including scanning and transmission electron microscopy and electrochemical impedance spectroscopy, demonstrate that the nanoengineered thin film layers remain mostly morphologically stable after the operation.

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