通过创建低温固体氧化物燃料电池的3D多尺度微纳米结构,在氧化物电极上实现快速氧化减排

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
• 能源转换 能源转换

背景情况:

• 快速氧降解反应 (ORR) 对于低温固体氧化物燃料电池 (SOFC) 是至关重要的.
• 三维 (3D) 阴极结构为改善电化学性能提供了潜力,但在制造和稳定性方面面临挑战.

研究的目的:

• 设计和制造一种新的3D阴极架构,以增强SOFC中的ORR活动.
• 研究3D微纳米结构对La_0.8Sr_0.2CoO_3-δ (LSC) 阴极的电化学性能的影响.

主要方法:

• 使用一种新的制造工艺,结合3D打印和脉冲激光沉积 (PLD).
• 创建了3D打印的yttria稳定ZrO (YSZ) 微结构作为LSC沉积的支架.
• 使用扫描电子显微镜和能量分散式X射线微分析来描述微结构.
• 使用电导放松 (ECR) 和电化学阻抗光谱学量化氧表面交换系数 (k_chem).

主要成果:

• 成功制造出没有裂和空隙的3DYSZ微结构,具有均的LSC薄膜沉积.
• 与散装LSC相比,在氧表面交换系数 (k_chem) 中实现了高达3个数量级的显著提升.
• 证明了增强的ORR活动归因于3DYSZ微结构提供的增加的表面积.

结论:

• 新的3D LSC微纳米阴极结构显著提高了ORR活动.
• 结合3D打印和PLD方法使SOFCs的多功能和稳定的阴极制造成为可能.
• 这种建筑设计代表了推进低温SOFC技术的有希望的战略.