Enhanced ORR catalytic activity of rare earth-doped Gd oxide ions in a CoFe2O4 cathode for low-temperature solid oxide fuel cells (LT-SOFCs)

材料科学 阴极 氧化物 催化作用 极化(电化学) 尖晶石 氧气 固体氧化物燃料电池 兴奋剂 化学工程 无机化学 电极 阳极 光电子学 冶金 物理化学 化学 有机化学 工程类
作者
Muhammad Yousaf,Muhammad Akbar,M.A.K. Yousaf Shah,Asma Noor,Yuzheng Lu,Majid Niaz Akhtar,Naveed Mushtaq,Enyi Hu,Senlin Yan,Bin Zhu
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (19): 28142-28153 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.06.119
摘要

The search for cathode materials with fast oxygen reduction reaction (ORR) catalytic activities and high ionic conductivity is the key obstacle to SOFCs commercialization and its operation at low temperatures. In order to search for a cathode with enhanced catalytic functionality, herein we report a single-phase CoFe2O4 (CFO) and CoGd0.2Fe1.80O4 (CGFO), which can be employed as an active cathode to improve electrocatalytic ORR functionalities at low temperature. It is found that CGFO having enriched oxygen vacancies exhibits the least polarization resistance (RP) of 0.42 Ωcm2 compared to the pure CFO which shows polarization resistance of 0.56 Ω cm2 under H2/air conditions. Furthermore, Density functional theory (DFT) calculations also show that the number of oxygen vacancies increases in the CGFO sample. The CGFO cathode based SOFC achieved a peak power density (PPD) of 475 mW/cm-2 at 550 °C, higher than CFO cathode based SOFC which delivers 315 mW/cm-2. Subsequently, fast ORR catalytic functionalities and least electrode polarization resistance make spinel ferrite based CGFO a potential cathode for low-temperature SOFCs.
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