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Yuan Zhang1, Bin Chen2,3, Daqin Guan1

  • 1Jiangsu National Synergetic Innovation Center for Advanced Materials (SICAM), State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering, College of Chemical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing, China.

Nature
|March 11, 2021
PubMed
Resumen

Los investigadores desarrollaron electrodos de pila de combustible de óxido sólido compatibles mediante la combinación de materiales con diferentes propiedades de expansión térmica. Este enfoque mejora la estabilidad y la actividad para una conversión de energía eficiente.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencias de los materiales
  • La electroquímica
  • Conversión de energía

Sus antecedentes:

  • El desarrollo comercial de pilas de combustible de óxido sólido se enfrenta a desafíos debido a la inestabilidad termomecánica.
  • Los gradientes de deformación interna de la expansión térmica no coincidentes causan la degradación, la delaminación y la fractura de las células de combustible.

Objetivo del estudio:

  • Para lograr la compatibilidad termomecánica entre los componentes de las pilas de combustible de óxido sólido, específicamente el cátodo y el electrolito.
  • Mejorar la estabilidad y la actividad electroquímica de los electrodos de pila de combustible.

Principales métodos:

  • Se utilizó la sinterización reactiva para combinar una perovskita a base de cobalto con un material de expansión térmica negativa.
  • Se formó un electrodo compuesto con un comportamiento de expansión térmica adaptado al electrolito.
  • Investigó la formación de una nueva interfase y deficiencias del sitio A en la perovskita durante la calcinación.

Principales resultados:

  • Desarrolló un electrodo compuesto que exhibe un comportamiento de expansión térmica bien emparejado con el electrolito.
  • El electrodo compuesto demostró una alta actividad electroquímica y una excelente estabilidad.
  • Se ha identificado una nueva interfase y deficiencias en el sitio A que contribuyen a mejorar el rendimiento.

Conclusiones:

  • La introducción de un desplazamiento de expansión térmica a través de la sinterización reactiva de materiales de expansión térmica negativa es una estrategia viable.
  • Este enfoque ofrece un método general para desarrollar electrodos totalmente compatibles y altamente activos para pilas de combustible de óxido sólido.
  • Superar la inestabilidad termomecánica es clave para avanzar en la tecnología de celdas de combustible de óxido sólido.