Electrodos de oxígeno de alta entropía con compatibilidad termomecánica mejorada para células cerámicas protónicas...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células cerámicas protónicas reversibles (R-PCC) son cruciales para la conversión y el almacenamiento de energía.
• Los electrodos de oxígeno efectivos son vitales para el rendimiento de R-PCC, ya que requieren una alta actividad catalítica para las reacciones de reducción/evolución de oxígeno (ORR/OER) y coeficientes de expansión térmica (TEC) compatibles.

Objetivo del estudio:

• Para explorar nuevos perovskitas de alta entropía Pr_0.2 Ba_0.2 Sr_0.2 La_0.2 Nd_0.2 MeO_3-δ (Me = Co, Fe, Mn) como electrodos de oxígeno potenciales para las R-PCC.
• Evaluar el rendimiento electroquímico, la compatibilidad termomecánica y la estabilidad de estos nuevos materiales.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de las perovskitas de alta entropía.
• Evaluación del rendimiento TEC y electroquímico en los modos de pila de combustible (FC) y electrólisis (EC).
• Pruebas de R-PCC con nuevos electrodos bajo diversas condiciones de funcionamiento (electrolisis H₂O, CO₂-H₂O, funcionamiento reversible).

Principales resultados:

• Pr_0.2Ba_0.2Sr_0.2La_0.2Nd_0.2CoO_3-δ (PBSLNC) exhibió una TEC de 12.02 × 10^{-6 K-1, compatible con el electrolito BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.1Yb_0.1O_3-δ (BCYZYb).}
• El R-PCC con PBSLNC logró una densidad de potencia máxima de 0,87 W cm-2 (modo FC) y altas densidades de corriente en electrólisis H2O (-1,39 A cm-2 a 650 °C) y co-electrólisis CO2-H2O (-1,45 A cm-2 a 700 °C).
• Se demostró una estabilidad excepcional: 150 h (modo FC/EC), 96 h (coelectrolisis CO-H) y 100 h (modo reversible).

Conclusiones:

• Las nuevas perovskitas de alta entropía, en particular PBSLNC, son electrodos de oxígeno efectivos para R-PCC.
• PBSLNC ofrece una estrategia prometedora para el diseño de catalizadores de óxido basados en Co eficientes con bajo TEC para R-PCC avanzados.
• Esta investigación avanza en el desarrollo de R-PCC de alto rendimiento y estabilidad para aplicaciones energéticas.