Cerium and Gadolinium co-doped perovskite oxide for a protonic ceramic fuel cell cathode

阴极 材料科学 氧化物 陶瓷 钙钛矿(结构) 电解质 兴奋剂 极化(电化学) 化学工程 燃料电池 阳极 化学 电极 光电子学 冶金 物理化学 工程类
作者
Limin Zhang,Shuyan Yang,Shizhen Zhang,Yongxing Yang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:44 (51): 27921-27929 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2019.09.057
摘要

Proton-conducting ceramic fuel cells (PCFCs) show unique advantages over oxygen-ionic-conducting counterparts at intermediate and low temperatures, which have attracted significant attention worldwide in recent years. A critical issue for world-spread applications is inadequate performance due to the lack of appropriate cathodes for PCFCs. Here, cubic perovskite BaCo0.4Fe0.5-xCe0.1RexO3-δ (ReY, Gd x = 0, 0.1) materials are successfully synthesized and evaluated as the cathode in the PCFCs based on BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ as an electrolyte material. The Y- or Gd-doped perovskite BaCo0.4Fe0.4Ce0.1Y0.1O3-δ (BCFCeY), BaCo0.4Fe0.4Ce0.1Gd0.1O3-δ (BCFCeG) exhibit larger lattice parameters, and higher electrocatalytic activity comparing to their parent oxide BaCo0.4Fe0.5Ce0.1O3-δ (BCFCe). Among them, BCFCeG shows the best performance. The single cell with BCFCeG as the cathode material exhibits an interfacial polarization resistance as low as 0.12 Ω cm2 and delivers a promising peak power density of 504 mW cm−2 at 600 °C, while the BCFCe-based cell achieves only 437 mW cm−2 at 600 °C. The X-ray diffraction (XRD) results show good chemical compatibility for BCFCeG below 1050 °C. Moreover, it shows favorable stability in CO2-containing environment. This work confirms that BCFCeG could be a promising cathode for PCFCs.

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