揭示了GdBa_0.5Sr_0.5Co_2-CuO_5+δ (x ≥1) 固体氧化物电池的氧气电极的电解活性

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 固态化学 固态化学

背景情况:

• 开发高性能氧气电极对于可逆固体氧化物细胞 (rSOC) 是至关重要的.
• 减少电极中的有毒和昂贵的含量是一个关键的挑战.
• 位于A位点的阴离子排序的双矿具有改善电极性能的潜力.

研究的目的:

• 为了研究GdBa_{0.5}$Sr_{0.5}$Co_{2-x}$Cu$_{x}$O$_{5+\delta}$ (GBSCC) 双重矿作为rSOCs的氧电极.
• 通过取代铜来降低含量,同时保持或改善热力学和电催化性能.
• 评估与LSGM和GDC固体电解质的化学兼容性,并了解性能限制.

主要方法:

• 合成和GBSCC双矿的特征与不同的铜含量 (1 \leq x \leq 1.15).
• 电化学测试包括极化电阻测量和放松时间分布分析.
• 密度函数理论 (DFT) 计算用于研究氧缺陷形成.
• 使用La$_{0.8}$Sr$_{0.2}$Ga$_{0.8}$Mg_{0.2}$O$_{3-\delta}$ (LSGM) 和Ce$_{0.9}$Gd_{0.1}$O$_{2-\delta}$ (GDC) 电解质进行的化学兼容性研究.

主要成果:

• 配有 1 \leq x \leq 1.15 的化合物表现出降低的热/化学膨胀和足够的传输特性.
• GdBa$_{0.5}$Sr$_{0.5}$Co$_{0.9}$Cu$_{1.1}$O$_{5+\delta}$实现了低极化阻力 (0.017 在850°C,0.111 在700°C).
• 高功率输出超过1240 mW cm$^{-2}$ (850 °C) 和1060 mW cm$^{-2}$ (800 °C) 已经实现了LSGM支持的电池.
• 氧原子的减少被确定为速度限制的步骤;用LSGM改进了电荷转移.

结论:

• 在GBSCC矿中优化的铜替代有效降低了含量,同时提高了rSOCs的电极性能.
• 开发的电极表现出极好的电化学活性和稳定性,适用于燃料电池和电解模式.
• 了解缺陷化学和接口相互作用是进一步优化下一代能源设备的电极材料的关键.