固体氧化物电解电池CeO2基屏障层中Sr透的动力学和热力学
Andrew J E Rowberg1, Madeline Van Winkle2, Heather S Slomski2,3
1Laboratory for Energy Applications for the Future (LEAF) and Materials Science Division, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550, United States.
ACS applied materials & interfaces
|September 16, 2025
概括
固体氧化物电解器细胞中的扩散在密集的GDC层中是缓慢的,但随着多孔性而加速. 限制GDC孔隙性可以防止二次相形成,并保持设备的性能.
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
- 计算建模 计算建模
背景情况:
- 固体氧化物电解器电池 (SOEC) 对于高效的蒸汽转化至关重要.
- 电极降解和杂质扩散可能导致二次相形成,降低SOEC性能.
- 加多添加的 (GDC) 作为SOEC中伊特里亚稳定 (YSZ) 电解质的保护性屏障层.
研究的目的:
- 为了研究 (Sr) 扩散通过GDC屏障层在SOECs.
- 了解GDC微观结构和多孔性的对Sr扩散和二次相形成的影响.
- 确定防止国有经济体绩效下降的策略.
主要方法:
- 原子和中等尺度模拟被用于模拟 Sr 扩散.
- 实验分析,包括能量分散式X射线光谱 (EDS) 和电子衍射,用于验证.
- 该研究的重点是GDC屏障层内的Sr扩散及其与YSZ电解质的相互作用.
主要成果:
- 在散装GDC中,扩散是可以忽略不计的,但在GDC表面上显著增强.
- 在GDC中,Sr扩散被激活,孔径大约超过10%,超过了散体和谷物边界扩散率.
- SrO物种可以在GDC表面积累,但聚合受到格子不匹配的限制;Sr在GDC毛孔中积累,形成分散的二次阶段.
结论:
- 密集的GDC层有效地限制了Sr扩散,防止了性能限制的SrO层的形成.
- 尽量减少GDC的多孔性对于避免形成有害的含有Sr的二次阶段至关重要.
- 这些发现提供了通过控制屏障层微观结构来保持SOEC耐用性和性能的见解.
