Zn-Doped Perovskite as a High-Performance Bifunctional Cathode for Solid Oxide Cells

阴极 材料科学 钙钛矿(结构) 氧化物 电化学 化学工程 电解 电流密度 双功能 功率密度 阴极保护 氧气 无机化学 固体氧化物燃料电池 燃料电池 析氧 纳米技术 固溶体
作者
Li Zhang,Haixia Zhang,Yuxi Sun,Jingyi Ding,Yubo Jiang,Yang Yang,Chuangang Yao
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (46): 20310-20320 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c10197
摘要

Solid oxide fuel cells (SOFCs) have garnered significant attention due to their high efficiency and pollution-free characteristics. The performance of SOFCs is critically dependent on the development of highly active and stable cathode materials. This study reports Zn-doped Pr0.5Ba0.5Fe0.9Zn0.1O3−δ (PBFZ) as a novel high-performance perovskite cathode material. Experimental results demonstrate that introducing a minor quantity of Zn into the B-site of the Pr0.5Ba0.5FeO3−δ (PBF) significantly increases the oxygen vacancy concentration, accelerates cathodic oxygen reduction (ORR) kinetics, and enhances tolerance to CO2, thereby leading to superior electrochemical performance. Tests revealed that a full cell employing PBFZ as the cathode achieved exhibiting a peak power density (PPD) of 762.9 mW cm–2 at 800 °C under fuel cell operation, representing an approximately 40% improvement compared to the PBF material. Furthermore, under CO2 electrolysis mode (800 °C, 1.5 V), a current density of 1.33 A cm–2 is achieved by the cell. These results highlight the potential of PBFZ as a viable cathode material applicable to both SOFCs and SOECs.
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