Highly Active and Durable Air Electrodes for Reversible Protonic Ceramic Electrochemical Cells Enabled by an Efficient Bifunctional Catalyst

材料科学 电极 化学工程 催化作用 电化学 极化(电化学) 气体扩散电极 陶瓷 复合材料 有机化学 工程类 物理化学 化学
作者
Yinghua Niu,Yucun Zhou,Weilin Zhang,Yanxiang Zhang,Conor L. Evans,Zheyu Luo,Nicholas Kane,Yong Ding,Yu Chen,Xuyun Guo,Weiqiang Lv,Meilin Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (12) 被引量:159
标识
DOI:10.1002/aenm.202103783
摘要

Abstract The commercialization of reversible protonic ceramic electrochemical cells is hindered by the lack of highly active and durable air electrodes exposed to high concentration of steam under operating conditions. Here, findings that dramatically enhance the electrocatalytic activity and stability of a conventional (La 0.6 Sr 0.4 ) 0.95 Co 0.2 Fe 0.8 O 3− δ (LSCF) air electrode by a multiphase catalyst coating composed of a conformal Pr 1− x Ba x CoO 3− δ thin film and exsolved BaCoO 3− δ nanoparticles, are reported. At 600 °C, the catalyst coating decreases the polarization resistance of the LSCF air electrode by a factor of 25 (from 1.09 to 0.043 Ω cm 2 ) in air and the degradation rate by two orders of magnitude (from 1.0 × 10 −2 to 1.8 × 10 −4 Ω cm 2 h −1 in humidified air with 30 vol% H 2 O). Further, a single cell with the catalyst‐coated LSCF air electrode at 600 ° C demonstrates a high peak power density of 1.04 W cm −2 in the fuel cell mode and a high current density of 1.82 A cm −2 at 1.3 V in the electrolysis mode. The significantly enhanced performance of the LSCF air electrode is attributed mainly to the high rate of surface oxygen exchange, fast surface proton diffusion, and the rapid H 2 O and O 2 dissociation on the catalysts.
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