Construcción in situ de un electrodo compuesto trifásico basado en perovskita de alta entropía hacia células de óxido...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento y conversión de energía

Sus antecedentes:

• Las células de óxido sólido reversibles (R-SOC) son cruciales para las aplicaciones de energía, pero están limitadas por la escasa durabilidad del electrodo de aire y la cinética de reacción lenta.
• Los materiales de electrodos de aire existentes tienen problemas de estabilidad y eficiencia, lo que dificulta la adopción generalizada de la tecnología R-SOC.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo material compuesto trifásico de alta entropía basado en perovskita (HEP) para electrodos de aire R-SOC.
• Investigar el rendimiento electroquímico y la durabilidad del nuevo electrodo HEP en R-SOC.
• Demostrar el potencial de los materiales HEP para aplicaciones prácticas de R-SOC de gran superficie.

Principales métodos:

• Síntesis de un compuesto trifásico basado en perovskita de alta entropía (HEP): (La_0.2Sr_0.2Pr_0.2Ba_0.2) _xCoO_3-δ, que incorpora perovskita con deficiencia de sitio A, dopado con CeO₂, y Co₃O₄ fases.
• Caracterización electroquímica del electrodo HEP optimizado, incluidas las mediciones de resistencia específica de área (ASR) a 700 °C.
• Evaluación del rendimiento de los R-SOC utilizando el electrodo HEP a 800 °C en los modos de pila de combustible (FC) y de pila de electrólisis (EC), incluidos los ensayos de estabilidad.

Principales resultados:

• El electrodo HEP optimizado logró una baja ASR de 0,058 Ω cm2 a 700 °C.
• Se observó una estabilidad mejorada, con una mejora de 2 veces en el aire ambiente, una mejora de 6 veces en la resistencia a la humedad y un aumento de 3 veces en la tolerancia a Cr en comparación con un electrodo de última generación.
• Los R-SOC con el electrodo HEP demostraron un rendimiento excelente: densidad de potencia máxima (FC) de 1,68 W cm y 1,5 A cm a 1,2 V (EC) a 800 °C.
• Se logró la primera aplicación de un material basado en óxidos de alta entropía en R-SOC de gran área (10 × 10 cm), obteniendo 61 W (FC) y 66 A a 1,18 V (EC).

Conclusiones:

• El compuesto desarrollado a base de perovskita de alta entropía ofrece una actividad catalítica y una durabilidad superiores para los electrodos de aire R-SOC.
• Este material supera significativamente las limitaciones de los electrodos convencionales, mostrando una notable estabilidad y rendimiento electroquímico.
• La implementación exitosa en R-SOC de gran superficie pone de relieve el potencial significativo de los óxidos de alta entropía para dispositivos prácticos de conversión y almacenamiento de energía.