A New Nanocomposite Electrode Developed from Environmental Atmosphere Triggered Reconstruction for Efficient Reversible Protonic Ceramic Cells

材料科学 纳米复合材料 陶瓷 电极 大气(单位) 化学工程 纳米技术 复合材料 物理化学 气象学 物理 工程类 化学
作者
Jie Wu,Zhenghui Xie,Mingzhuang Liang,Wanqing Chen,Dongliang Liu,Yongning Yi,Zhixin Luo,Ran Ran,Wei Zhou,Wei Wang,Zongping Shao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (19) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/aenm.202404118
摘要

Abstract Reversible protonic ceramic cells (r‐PCCs) are highly attractive energy storage and conversion technology, while the insufficient activity of state‐of‐the‐art air electrodes at reduced temperatures strongly limits their practical applications. Herein, this work reports a reduction/re‐oxidation strategy to design a new highly efficient, and durable nanocomposite air electrode for boosting the performance of r‐PCCs operated at intermediate temperatures. Specifically, single‐phase Ba(Co 0.4 Fe 0.4 Zr 0.1 Y 0.1 ) 0.9 Ni 0.1 O 3‐δ perovskite is selected as the precursor, its treatment in hydrogen atmosphere at 450 °C and then re‐oxidation in air leads to the formation of a nanocomposite, consisted of a perovskite‐based main phase and BaCoO 3‐δ and NiO secondary‐phase nanoparticles, where the BaCoO 3‐δ phase facilitates oxygen surface exchange while NiO nanoparticles promote surface oxygen/steam adsorption. The corresponding r‐PCC exhibits superior performance at 550 °C in a symmetrical cell (0.162 Ω cm 2 ), a single fuel cell (0.690 W cm −2 ) and an electrolysis cell (−1.066 A cm −2 at 1.3 V). Such nanocomposite is thermodynamically stable at intermediate temperatures and offers better thermomechanical compatibility with protonic electrolyte because of the reduced thermal expansion coefficient. As a result, superior durability in both fuel and electrolysis cell modes is demonstrated. This study paves a new way for designing outstanding air electrodes for r‐PCCs with great application potential.
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