Un electrodo de oxígeno de entropía media permite celdas de óxido sólido reversibles de alto rendimiento y tolerantes...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Conversión y almacenamiento de energía.

Sus antecedentes:

• La comercialización de las células reversibles de óxido sólido (Re-SOCs) depende del desarrollo de electrodos de oxígeno con alta actividad de reacción de reducción de oxígeno (ORR) y reacción de evolución de oxígeno (OER).
• Los electrodos de oxígeno existentes a menudo sufren de una baja tolerancia a contaminantes como el cromo, lo que limita su aplicación práctica.
• La necesidad de electrodos de oxígeno estables, eficientes y tolerantes al envenenamiento es fundamental para el avance de la tecnología Re-SOC.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo material de electrodo de oxígeno de entropía media para Re-SOCs.
• Para evaluar el rendimiento del nuevo electrodo en los modos de pila de combustible (FC) y electrólisis (EC) bajo diversas condiciones, incluida la contaminación por cromo.
• Para demostrar el funcionamiento estable y eficiente de Re-SOCs utilizando el electrodo de oxígeno desarrollado.

Principales métodos:

• Síntesis de un electrodo de oxígeno de entropía media con la composición Pr$_{0.5}$Ba$_{0.2}$Sr$_{0.2}$Ca$_{0.1}$CoO$_{3-δ}$ (ME-PBSCC).
• Caracterización de las propiedades del electrodo ME-PBSCC, incluida la concentración de vacío de oxígeno en la superficie, la conductividad eléctrica, la cinética de intercambio de oxígeno y la estabilidad estructural.
• Integración del electrodo ME-PBSCC en los dispositivos Re-SOC y prueba de su rendimiento en los modos FC y EC en el aire ambiente y el aire contaminado con Cr.

Principales resultados:

• El electrodo ME-PBSCC exhibe una alta concentración de vacío de oxígeno superficial, una excelente conductividad eléctrica y una cinética de intercambio de oxígeno rápida y estable.
• Los Re-SOC con electrodos ME-PBSCC lograron densidades de potencia máximas de 2.239 W cm$^{-2}$ (aire) y 1.859 W cm$^{-2}$ (aire contaminado con Cr) a 750 °C en modo FC.
• En el modo EC, los Re-SOC demostraron densidades de corriente de 1,10 A cm$^{-2}$ a 1,3 V y 700 °C bajo 50% H$_{2}$O en aire contaminado con Cr, con un funcionamiento estable en los modos FC, EC y reversible.

Conclusiones:

• El electrodo de oxígeno ME-PBSCC desarrollado ofrece un rendimiento ORR / OER eficiente y tolerante a envenenamiento, crucial para la comercialización de Re-SOC.
• La estabilidad del material y su alta actividad bajo la contaminación por cromo resaltan su potencial para aplicaciones prácticas de Re-SOC.
• Este trabajo presenta un camino prometedor para lograr Re-SOCs robustos y de alto rendimiento capaces de operar de manera confiable en entornos contaminados.