"Bifunctional Strontium‐Iron Doped Neodymium Cobaltite: A Promising Electrocatalyst for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells and CO 2 Electrolyzer"

材料科学 氧化物 活化能 钴酸盐 阴极 电解 分析化学(期刊) 钙钛矿(结构) 离子键合 离子电导率 电催化剂 无机化学 电化学 物理化学 电极 化学 电解质 结晶学 冶金 有机化学 离子 色谱法
作者
Subhrajyoti Ghosh,Biraj Kumar Kakati,Gaurav Jhaa,Tulsi Satyavir Dabodiya,Suddhasatwa Basu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (12): e2408963-e2408963 被引量:8
标识
DOI:10.1002/smll.202408963
摘要

Abstract A novel intermediate temperature solid oxide fuel cell cathode, Nd₀.₆₇Sr₀.₃₃Co₀.₈Fe₀.₂O₃ ‐ δ (NSCF), synthesized via auto‐combustion, exhibits exceptional mixed ionic‐electronic conducting properties with a cubic perovskite structure. At 800 °C, NSCF demonstrates high electrical (1003 S cm −1 ) and ionic (1.676 × 10⁻ 2 S cm −1 ) conductivities, with activation energies of 0.0335 and 0.481 eV, respectively. Electronic analysis confirms its metallic nature, while the calculated oxygen migration energy (0.455 eV) correlates with experimental ionic conduction activation energy. The negative bulk oxygen vacancy formation energy (−38.70 kcal mol −1 ) indicates efficient oxygen reduction reaction and CO₂ electrolysis kinetics. Electrical conductivity relaxation shows non‐debye behavior, with D chem of 5 × 10⁻⁴ cm 2 s −1 and K ex of 6.450 × 10⁻⁴ cm −1 s at 800 °C. NSCF exhibits low interfacial polarization resistance (0.05 Ω cm 2 ) and area‐specific resistance (0.025 Ω cm 2 ), further reducing to 0.014 Ω cm 2 with an NSCF‐GDC Gadolinium doped ceria interlayer. An anode‐supported cell achieves peak power densities of 2.27, 1.52, and 0.86 W cm − 2 at 800, 750, and 700 °C, respectively. In SOEC mode, NSCF demonstrates excellent CO₂ reduction capability of constant current density of −1.1 A cm − 2 with stable 55‐h performance, which establishes its potential both as IT‐SOFC cathode and CO 2 electrolysis catalysts.
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