高性能和稳定性通过调整在高蒸汽度下运行的导质子固体氧化物电池的组件热膨胀系数来实现
Ziyi Zhu1, Mingyang Zhou1, Kai Tan1
1Guangzhou Key Laboratory for Surface Chemistry of Energy Materials, New Energy Research Institute, School of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China.
ACS applied materials & interfaces
|July 25, 2025
概括
研究人员通过用铁进行兴奋剂增加了导质子固体氧化物细胞电解质的热膨胀系数 (TEC). 这项创新提高了电解质的性能和稳定性,这对于高效的能量储存和生产至关重要.
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
- 能源转化和储存 能源转化和储存
背景情况:
- 导质子的固体氧化物电池 (SOC) 对储能和生产具有前景.
- SOC 的性能降低通常是由电解质和电极之间的热膨胀系数 (TEC) 不匹配引起的.
- 现有的战略重点是减少电极TEC,但找到具有高性能的合适材料是具有挑战性的.
研究的目的:
- 提出并研究一种新的方法,通过增加电解质TEC来减轻SOC中的TEC不匹配.
- 通过材料修饰来提高质子导电解质的性能,可烧结性和稳定性.
主要方法:
- 合成的铁化BaZr0.3Ce0.5Y0.1Yb0.1O3-δ (BZCYYbF),以增加其TEC.
- 合成的铁化PrNi0.5Co0.5O3-δ (PNCF) 氧电极材料,以减少其TEC.
- 在蒸汽电解的高蒸汽部分压下使用修改后的电解质和电极材料制造和测试SOC.
主要成果:
- 兴奋剂使BZCYYb电解质的TEC从10.3 × 10-6 K-1增加到13.4 × 10-6 K-1 (BZCYYbF).
- 铁注增强了BZCYYbF电解质的可烧结性,电化学性能和稳定性.
- 铁注降低了PNC氧气电极的TEC从19.2 × 10-6 K-1降低到17.4 × 10-6 K-1 (PNCF).
- 使用BZCYYbF电解质和PNCF电极的SOC在蒸汽电解过程中在1.30V和700°C下在1.76A cm-2下稳定运行150小时.
结论:
- 通过Fe兴奋剂增加质子导电解质的TEC是改善SOC性能和稳定的有效策略.
- 开发的BZCYYbF电解质和PNCF氧气电极为高性能SOC应用提供了增强的兼容性和耐久性.
- 这种方法为设计强大的固体氧化物电池,用于大规模储能和生产提供了新的途径.


