用铁添加的基于Ceria的陶阴极,用于高效的CO2电解在固体氧化物电解细胞中.
Lijie Zhang1, Yunan Jiang1,2, Kang Zhu1
1CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion, Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, 96 Jinzhai Road, Hefei, Anhui, 230026, China.
Small methods
|February 12, 2024
概括
纯陶电极将铁合并到陶中显示出对固体氧化物电解细胞 (SOEC) 的希望. 这些Fe-SDC材料增强了二氧化碳转化为有价值的化学品和燃料,提高了SOEC的性能.
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
- 可持续能源 可持续能源
背景情况:
- 固体氧化物电解电池 (SOEC) 对于将二氧化碳转化为燃料和化学品至关重要.
- 开发高效和稳定的电极是推进SOEC技术的关键.
- 基于Ceria的材料是SOEC电极的有希望的候选者,但需要优化.
研究的目的:
- 为了研究无酸盐,铁合的 (Fe-SDC) 作为SOEC中的燃料电极的性能.
- 了解铁合并对材料性能和减少二氧化碳的催化活性所起的作用.
- 为了评估SOEC设备中的Fe-SDC电极的电化学性能.
主要方法:
- 合成具有不同铁含量 (x ≤ 0.05) 的纯陶FexSm0.2Ce0.8O2-δ (xFe-SDC) 电极.
- 电极属性的表征,包括氧空位度和催化位形成.
- 密度函数理论 (DFT) 计算,以建模铁对二氧化碳还原反应 (CO2RR) 能量障碍和氧离子扩散的影响.
- 使用xFe-SDC阴极在800°C和1.5V的单个SOEC电池的电化学测试.
主要成果:
- 成功构建了无酸的基电极,并添加了铁 (x ≤ 0.05).
- 铁兴奋剂增加了氧气空置度,并促进了CO2RR的催化位点.
- DFT的计算证实,铁通过降低CO2RR能量屏障和改善氧离子扩散来提高电化学性能.
- 使用0.05Fe-SDC阴极的单电池在800°C时实现了1.98 A cm-2 (50%CO2/CO) 和-2.26 A cm-2 (纯CO2) 的高电流密度.
结论:
- 用铁合的电极 (xFe-SDC) 显示出用于高性能SOEC应用的巨大潜力.
- 优化的Fe-SDC材料为高效的二氧化碳转化提供了有效的途径.
- 这些发现为可持续能源技术中的先进燃料电极铺平了道路.


