Mejorar la actividad y la estabilidad de La_0.6 Sr_0.4 Co_0.2 Fe_0.8 O_3-δ Cátodo a través de la modificación de la...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los materiales catódicos convencionales de celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) como La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) se enfrentan a desafíos con la cinética lenta de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la segregación de estroncio (Sr) que afectan la estabilidad a largo plazo.
• La mejora de la cinética de intercambio de oxígeno superficial y los mecanismos de mitigación de la degradación son cruciales para el avance de la tecnología SOFC.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un electrocatalizador libre de Sr, PrBa0.9Cs0.1Co2O5+δ (PBCsC), para su infiltración en los cátodos LSCF.
• Mejorar la actividad ORR y la estabilidad operativa de los SOFC mediante la formación de un electrodo compuesto PBCsC-LSCF.
• Investigar los efectos de la infiltración de PBCsC en la concentración de vacío de oxígeno, la segregación de Sr y el rendimiento electroquímico.

Principales métodos:

• Infiltración de PBCsC en las superficies del cátodo LSCF.
• Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) para el análisis de superficies y estudios de segregación elemental.
• Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para determinar la resistencia específica del área (ASR).
• Pruebas de rendimiento de una sola célula para evaluar la densidad de potencia y la estabilidad operativa.
• Distribución del tiempo de relajación (DRT) para analizar la cinética de intercambio superficial.

Principales resultados:

• El electrodo PBCsC-LSCF exhibió una resistencia específica de área significativamente más baja (0,010 Ω cm2 a 750 °C) en comparación con el LSCF desnudo (0,067 Ω cm2).
• Las células individuales con PBCsC-LSCF lograron una densidad de potencia máxima de 1,70 W cm-2 a 750 °C, una mejora con respecto a las LSCF convencionales.
• Se observó una estabilidad operativa mejorada, con una baja tasa de degradación del 0,055% h−1 a una densidad de corriente de 0,5 A cm−2.
• El análisis XPS confirmó una mayor concentración de vacíos de oxígeno y una reducción de la segregación de Sr en el compuesto PBCsC-LSCF.

Conclusiones:

• La infiltración de PBCsC libre de Sr en los cátodos LSCF acelera efectivamente el intercambio de oxígeno superficial y mejora la cinética ORR.
• El electrodo compuesto PBCsC-LSCF demuestra un rendimiento electroquímico superior, incluida una menor ASR y una mayor densidad de potencia.
• La supresión de la segregación de Sr por la infiltración de PBCsC mejora significativamente la estabilidad operativa a largo plazo de los SOFC.