リバーシブル・プロトニック・セラミック・セル用高エントロピー共ベース酸素電極

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー変換と貯蔵

背景:

• リバーシブル・プロトン・セラミック・セル (R-PCC) は,エネルギー変換と貯蔵に不可欠です.
• 有効な酸素電極は,酸素還元/進化反応 (ORR/OER) と互換性のある熱膨張係数 (TEC) の高い触媒活性を必要とするため,R-PCCの性能に不可欠です.

研究 の 目的:

• 新しい高エントロピーペロブスキート Pr_0.2Ba_0.2Sr_0.2La_0.2Nd_0.2MeO_3-δ (Me = Co, Fe, Mn) をR-PCCの潜在的な酸素電極として調査する.
• これらの新しい材料の電気化学的性能,熱機械的互換性,および安定性を評価する.

主な方法:

• 高エントロピーのペロブスキートの合成と特徴付け.
• 燃料電池 (FC) と電解 (EC) モードでのTECと電気化学性能の評価
• 新しい電極でR-PCCを様々な動作条件 (H₂O電解,CO₂-H₂O共電解,可逆動作) で試験する.

主要な成果:

• Pr_0.2Ba_0.2Sr_0.2La_0.2Nd_0.2CoO_3-δ (PBSLNC) は12.02 × 10^{-6 K-1のTECを示し,BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.1Yb_0.1O_3-δ (BCYZYb) の電解質と互換性がありました.}
• PBSLNCを使ったR-PCCは,0.87Wcm−2のピーク電力密度 (FCモード) と,H−2O電解 (−1.39Acm−2で650°C) とCO−H−2O共電解 (−1.45Acm−2で700°C) で高い電流密度を達成した.
• 150時間 (FC/ECモード),96時間 (CO2−H2共電解),100時間 (可逆モード) の例外的な安定性が実証された.

結論:

• 新しい高エントロピーペロブスキート,特にPBSLNCは,R-PCCのための効果的な酸素電極です.
• PBSLNCは,高度なR-PCCのための低TECの効率的なCO基酸化物触媒の設計のための有望な戦略を提供します.
• この研究は,エネルギーアプリケーションのための高性能で安定したR-PCCの開発を進めています.