通过粉末原子层沉积的LSCF@ZrO₂阴极在中间温度固体氧化物燃料电池中同时提高性能和稳定性

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
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 孔隙结构对于高性能电化学能源设备至关重要.
• 在复杂的多孔材料上实现统一的功能性涂层,例如在固体氧化物燃料电池 (SOFC) 中使用的涂层,这是一个重大的挑战,即使使用了像原子层沉积 (ALD) 这样的先进技术,也是如此.
• 电极材料的降解,例如La_0.6 Sr_0.4 Co_0.2 Fe_0.8 O₃ -δ (LSCF),限制了设备的寿命和效率.

研究的目的:

• 开发一种用于对多孔电极材料进行均功能涂层的新方法.
• 为了提高固体氧化物燃料电池 (SOFC) 电极的性能和耐用性.
• 为了应对高曲率结构用统一的功能层涂层的挑战.

主要方法:

• 使用粉末原子层沉积 (ALD) 工艺,将La_0.6 Sr_0.4 Co_0.2 Fe_0.8 O₃ -δ (LSCF) 粉末涂上ZrO₂.
• 粉末ALD技术特别适应在几十微米厚度的多孔结构上实现均涂层.
• 涂层和未涂层LSCF阴极的电化学性能和降解在在700-750°C工作的SOFC中进行了评估.

主要成果:

• 粉末ALD工艺成功地在LSCF粉末上产生了高度均的ZrO2涂层.
• 该ZrO₂涂层有效地减轻了LSCF电极的化学降解.
• 使用粉末ALD涂层LSCF阴极的SOFC显示,最大功率密度增加了2.2倍,激活电阻的热降解比裸体LSCF阴极减少了60%.

结论:

• 粉末ALD是一种可行且有效的方法,可以在电化学设备的多孔电极材料上创建统一的功能涂层.
• 通过粉末ALD进行ZrO₂涂层,可以显著提高基于LSCF的SOFC阴极的性能和耐用性.
• 这种方法在开发各种能源转换和储存应用的高性能,持久电极方面具有重大前景.