Rationally Designed Air Electrode Boosting Electrochemical Performance of Protonic Ceramic Cells

材料科学 电极 电化学 陶瓷 功率密度 电解 可逆氢电极 化学工程 纳米技术 参比电极 复合材料 功率(物理) 电解质 热力学 物理化学 化学 物理 工程类
作者
Chunmei Tang,Baoyin Yuan,Xiaohan Zhang,Fangyuan Zheng,Qingwen Su,Ling Meng,Lei Du,Dongxiang Luo,Yoshitaka Aoki,Ning Wang,Siyu Ye
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (19) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/aenm.202402654
摘要

Abstract Protonic ceramic cells (PCCs) have gained significant attention as a promising electrochemical device for hydrogen production and power generation at intermediate temperatures. However, the lack of high‐performance air electrodes, specifically in terms of proton conduction ability, has severely hindered the improvement of electrochemical performances for PCCs. In this study, a high‐efficiency air electrode La 0.8 Ba 0.2 CoO 3 (LBC) is rationally designed and researched by a machine‐learning model and density functional theory (DFT) calculation, which boosts the performances of PCCs. Specifically, an elements‐property map for designing high‐efficiency oxides is created by predicting and studying the proton uptake ability of La 1– x A′ x BO 3 (A′ = Na, K, Ca, Mg, Ba, Cu, etc.) by an eXtreme Gradient Boosting model. PCC with LBC air electrode yields high current destiny in electrolysis mode (1.72 A cm −2 at 600 °C) and power density in fuel cell mode (1.00 W cm −2 at 600 °C). In addition, an ultra‐low air electrode reaction resistance (0.03 Ω cm 2 at 600 °C) is achieved, because LBC can significantly facilitate the formation of O 2 * . This work not only reports an effective air electrode but also presents a new avenue for the rational design of air electrodes for PCCs.
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