A Cobalt‐Free Multi‐Phase Nanocomposite as Near‐Ideal Cathode of Intermediate‐Temperature Solid Oxide Fuel Cells Developed by Smart Self‐Assembly

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作者
Yufei Song,Yubo Chen,Meigui Xu,Wei Wang,Yuan Zhang,Guangming Yang,Ran Ran,Wei Zhou,Zongping Shao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (8): e1906979-e1906979 被引量:218
标识
DOI:10.1002/adma.201906979
摘要

Abstract An ideal solid oxide fuel cell (SOFC) cathode should meet multiple requirements, i.e., high activity for oxygen reduction reaction (ORR), good conductivity, favorable stability, and sound thermo‐mechanical/chemical compatibility with electrolyte, while it is very challenging to achieve all these requirements based on a single‐phase material. Herein, a cost‐effective multi‐phase nanocomposite, facilely synthesized through smart self‐assembly at high temperature, is developed as a near‐ideal cathode of intermediate‐temperature SOFCs, showing high ORR activity (an area‐specific resistance of ≈0.028 Ω cm 2 and a power output of 1208 mW cm −2 at 650 °C), affordable conductivity (21.5 S cm −1 at 650 °C), favorable stability (560 h operation in single cell), excellent chemical compatibility with Sm 0.2 Ce 0.8 O 1.9 electrolyte, and reduced thermal expansion coefficient (≈16.8 × 10 −6 K −1 ). Such a nanocomposite (Sr 0.9 Ce 0.1 Fe 0.8 Ni 0.2 O 3– δ ) is composed of a single perovskite main phase (77.2 wt%), a Ruddlesden–Popper (RP) second phase (13.3 wt%), and surface‐decorated NiO (5.8 wt%) and CeO 2 (3.7 wt%) minor phases. The RP phase promotes the oxygen bulk diffusion while NiO and CeO 2 nanoparticles facilitate the oxygen surface process and O 2− migration from the surface to the main phase, respectively. The strong interaction between four phases in nanodomain creates a synergistic effect, leading to the superior ORR activity.
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