Optimizing Low-Temperature Ceramic Fuel Cells with CuFe2O4–CeO2 Heterostructures

异质结 材料科学 X射线光电子能谱 介电谱 复合数 陶瓷 氧化物 光电子学 紫外光电子能谱 化学工程 电极 复合材料 化学 冶金 电化学 物理化学 工程类
作者
Yiwang Dong,M.A.K. Yousaf Shah,Muhammad Khalid,Yuzheng Lu,Changhong Deng
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (24): 12494-12502 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02417
摘要

Enhancing ionic conductivity and catalytic activity for slow oxygen reduction at lower operating temperatures could revolutionize the widespread adoption of low-temperature ceramic fuel cells (LT-CFCs; 400–550 °C). In this study, we introduce a semiconductor heterostructure composite consisting of a spinelike structure of CuFe2O4 (CFO) and CeO2, which is an efficient electrolyte membrane for solid oxide fuel cells. To improve fuel cell performance at suboptimal temperatures, we developed the CFO-CeO2 heterostructure composite. Our results demonstrate that a button-sized SOFC fueled by H2 and ambient air can deliver 750 mW/cm2 of power at 550 °C, potentially operating down to 400 °C. Furthermore, the CFO-CeO2 heterostructure composite exhibits higher oxygen vacancy and lower activation energy than individual CFO and CeO2 components, facilitating ion transit. Enhanced ionic conduction of the CFO-CeO2 heterostructure composite was thoroughly investigated using various transmission and spectroscopic techniques, including X-ray diffraction (XRD), photoelectron spectroscopy (PS), ultraviolet–visible (UV–vis), and impedance spectroscopy (IS). These findings underscore the effectiveness of the heterostructure approach for LT-SOFCs.
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