Electrokinetic Insights into the Triple Ionic and Electronic Conductivity of a Novel Nanocomposite Functional Material for Protonic Ceramic Fuel Cells

材料科学 阴极 纳米复合材料 离子键合 陶瓷 化学工程 相(物质) 阳极 离子电导率 纳米技术 物理化学 复合材料 离子 化学 电极 有机化学 冶金 工程类 电解质
作者
Idris Temitope Bello,Na Yu,Yufei Song,Jian Wang,Ting‐Shan Chan,Siyuan Zhao,Zheng Li,Yawen Dai,Jie Yu,Meng Ni
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (40) 被引量:42
标识
DOI:10.1002/smll.202203207
摘要

Triple ionic and electronic conductivity (TIEC) in cathode materials for protonic ceramic fuel cells (PCFCs) is a desirable feature that enhances the spatial expansion of active reaction sites for electrochemical oxygen reduction reaction. The realization of optimal TIEC in single-phase materials, however, is challenging. A facile route that facilitates the optimization of TIEC in PCFC cathodes is the strategic development of multiphase cathode materials. In this study, a cubic-rhombohedral TIEC nanocomposite material with the composition Ba(CeCo)0.4 (FeZr)0.1 O3-δ (BCCFZ) is designed via self-assembly engineering. The material consists of a mixed ionic and electronic conducting phase, BaCo1-(x+y+z) Cex Fey Zrz O3-δ (M-BCCFZ), and a dominant proton-conducting phase, BaCe1-(x+y+z) Cox Zry Fez O3-δ (H-BCCZF). The dominant cerium-rich H-BCCFZ phase enhances the material's oxygen vacancy concentration and the proton defects formation and transport with a low enthalpy of protonation of -30 ± 9 kJ mol-1 . The area-specific resistance of the BCCFZ symmetrical cell is 0.089 Ω cm2 at 650 °C in 2.5% H2 O-air. The peak power density of the anode-supported single cell based on BCCFZ cathode reaches 1054 mW cm-2 at 650 °C with good operation stability spanning over 500 h at 550 °C. These promote BCCFZ as a befitting cathode material geared toward PCFC commercialization.
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