调节基于铁的三导纳米异构结构空气电极的晶格氧气活性,通过对质子陶细胞的SC替代策略

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:

• 质子陶电池 (PCC) 使用基于铁的矿气电极,以热力学兼容性和蒸汽耐受性而闻名.
• 这些PCC的一个主要限制是现有的空气电极的电催化活性不足,阻碍了进一步的开发.
• 优化空气电极材料对于提高PCC在能源应用中的效率至关重要.

研究的目的:

• 为了设计和合成富含氧气空位的矿,BaFe_0.6Ce_0.2Sc_0.2O_3-δ (BFCS),作为PCC的高效和稳定的空气电极.
• 研究SC替代对铁基矿气电极性能的影响.
• 阐明新开发的BFCS电极中增强的电催化活性背后的机制.

主要方法:

• 合理设计BaFe_0.6Ce_0.2Sc_0.2O_3-δ (BFCS) 通过Sc替代BaFe_0.6Ce_0.4O_3-δ (BFC) 的方法.
• 电化学表征,包括在600°C测量极化电阻.
• 软X射线吸收光谱和电导度放松研究,以分析Fe-O相互作用和氧空位行为.

主要成果:

• 与BFC电极 (≈ 0.64 Ω cm2) 相比,BFCS电极在600°C时显著降低了极化阻力 (≈ 0.175 Ω cm2).
• BFCS表现出有利的质子吸收与低质子缺陷形成度 (-81 kJ mol-1).
• 发现BFCS中增强的Fe4+-O2-相互作用促进了晶格氧激活和移动性,促进了氧减少和进化反应 (ORR/OER).

结论:

• 用SC替代的BFCS矿是质子陶电池的高效和稳定的空气电极.
• 优化Fe3d-e_g轨道占用率和增加氧气空缺是提高电极性能的有效策略.
• 激活晶格氧是改善PCC中空气电极的电催化活性的一个关键因素.