Enhanced proton conductivity and CO2-tolerance of intermediate-temperature protonic ceramic fuel cell with lanthanum tungstate-based composite cathode

阴极 材料科学 钨酸盐 质子 氧化物 陶瓷 扩散 复合数 电导率 无机化学 化学工程 复合材料 化学 冶金 物理化学 物理 工程类 量子力学 热力学
作者
Xiaoyu Wang,Meijuan Fei,Chuan Zhou,Wenhuai Li,Xixi Wang,Xuanxuan Shen,Dongliang Liu,Wanqing Chen,Peng Chen,Guancong Jiang,Ran Ran,Wei Zhou
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:253: 110565-110565 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2023.110565
摘要

Despite the low activation energy for proton diffusion under protonic ceramic fuel cell (PCFC) operation, the high-performance PCFC is still limited by the low proton conductivity of most cathode materials. A decrease in cathode acidity can enhance proton affinity; however, the severe CO2-tolerance associated with the doping of alkaline earth metals in perovskite oxides is also a challenge. Herein, a proton conducting oxide La5.5W0.45Mo0.4Nb0.15O11.25-δ (LWMN), which possesses excellent chemical stability under a CO2-containing atmosphere, is composited with Sr2Sc0.1Nb0.1Co1.5Fe0.3O6-δ (SSNCF) as the PCFC cathode. A 3 wt% alkali earth ion-free oxide LWMN composite in the cathode material can strengthen proton diffusion while weakening CO2 adsorption. Thus, in wet air containing CO2, the symmetrical cell based on the 3 wt% LWMN-SSNCF achieved a linear degradation rate of ASRs of 1.33 × 10−3 Ω cm2 min−1 for the first 3 h, which was lower than the 2.15 × 10−3 Ω cm2 min−1 achieved by the symmetrical cell based on the single-phase SSNCF cathode. Furthermore, the PCFC based on the composite cathode shows an improved performance of 1.114 W cm−2 at 650 °C due to its superior proton conduction. This strategy endowed the cathode with superior proton diffusion as well as low CO2 adsorption.
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