高氧降解反应活动 (Sm_0.6Sr_0.4) _{n+1Ni0.6Fe0.4) nO3n+1 (n = 1, 2, 3) 低温固体氧化物燃料电池的Ruddlesden-Popper结构的阴极}

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:

• 缓慢氧降解反应 (ORR) 动力学是低温固体氧化物燃料电池 (LT-SOFC) 阴极开发的一个主要障碍.
• 有效的ORR活动对于提高燃料电池性能和在较低温度下运行至关重要.

研究的目的:

• 为LT-SOFCs开发新的Ruddlesden-Popper (R-P) 结构性阴极.
• 研究这些新材料的氧离子导电机制和正极ORR活性.
• 为了优化阴极性能,提高功率密度和低温操作.

主要方法:

• 合成具有 R-P 结构的 (Sm_0.6Sr_0.4) _n+1 (Ni_0.6Fe_0.4) _n O_3n+1 [n-SSNF (n = 1, 2, 3) ] 阴极.
• 电化学表征包括功率密度测量和阻抗光谱学.
• 对氧离子运输通路和ORR动力学的分析.

主要成果:

• 在n=3 n-SSNF阴极实现了658mW·cm-2的峰值功率密度.
• LT-SOFC装置在400°C有效运行,达到298mW·cm-2的最大功率密度.
• R-P结构通过间歇氧离子和氧空隙促进了快速的氧离子运输,从而提高了ORR活性,降低了面积特异性电阻 (0.41 Ω·cm²),降低了激活能量 (0.31 eV) 和更小的带隙 (0.92 eV).

结论:

• 开发的R-P结构的SSNF阴极表现出优越的ORR活性和离子导电性,适用于LT-SOFC应用.
• 该R-P材料的独特结构特征,包括AO岩盐和矿层,是其增强电化学性能的关键.
• 这项研究为设计高效LT-SOFC的先进R-P结构性阴极提供了有希望的方向.