Electrocatalytic surface nanoionics with strained interfaced and colossal conductivity for enhancing durability and performance of solid oxide fuel cell
Electrocatalytic surface nanoionics with strained interfaced and colossal conductivity for enhancing durability and performance of solid oxide fuel cell
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具有应变界面和巨大电导率的电催化表面纳米离子，可提高固体氧化物燃料电池的耐用性和性能
DOI：
10.1016/j.jpowsour.2021.230715
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发表时间：
2022
影响因子：
9.2
通讯作者：
Song, Xueyan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Yun;Romo-De-La-Cruz, Cesar O.;Paredes-Navia, Sergio A.;Liang, Liang;Hinerman, Alec;Prucz, Jacky;Williams, Mark;Song, Xueyan
对于由混合导电和离子导电的镧锶钴铁氧体（LSCF）组成的固体氧化物燃料电池（SOFC）中的氧电极，由于其低化学稳定性和阳离子表面偏析，其劣化。为了减轻这种退化，在SOFC领域中，我们首次展示了一种共形超薄（约10 nm）涂层，该涂层由覆盖有超共形CoOx层的亚共形离散纳米Pt组成，使用原子层沉积（ALD）施加在LSCF/SDC复合电极上。该涂层使电池串联电阻降低了40%，在816 h的运行后仍保持了良好的稳定性。超临界CoOx表面纳米离子由随机取向但单层的纳米颗粒组成，具有高密度的晶界和表面晶界作为电化学反应位点并促进质量传递。ALD涂层将易受阳离子偏析和降解影响的原始钙钛矿表面转变为具有巨大导电性的嵌入式应变界面相。涂层似乎抑制了Sr的向外扩散，并在涂层和LSCF骨架之间限制了2 nm的Sr富集界面层。涂层的电导率约为1.27 × 104 S/cm，比LSCF高两个数量级。
For an oxygen electrode in solid oxide fuel cells (SOFCs) consisting of mixed electrical and ionic conducting lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF), it degrades due to its low chemical stability and cation surface segregation. To mitigate such degradation, for the first time in the field of SOFCs, we demonstrate a conformal ultra-thin (∼10 nm) coating consisting of subjacent discrete nano-Pt capped with a superjacent conformal CoOxlayer, applied on LSCF/SDC composite electrode, using atomic layer deposition (ALD). The coating layer reduces the cell series resistance by up to 40%, presents extraordinary stability with an intact morphology after 816 h operation. The superjacent CoOxsurface nanoionics consists of randomly orientated but single-layered nanograins, with high-density intergranular and surface grain boundaries serving as the electrochemical reaction sites and facilitating mass transport. The ALD coating turns the original perovskite surface that is vulnerable to cation segregation and degradation into an embedded strained interface phase with enormous conductivity. The coating layer appears to suppress Sr outward diffusion and confines a 2 nm Sr-enriched interface layer between the coating layer and the LSCF backbone. The conductivity of the coating layer is estimated to be ∼1.27 × 104S/cm and two orders magnitude higher than that of LSCF.
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