Surface reconstruction of β-Ga2O3 nanorod electrolyte for LT-SOFCs

纳米棒 电解质 化学工程 材料科学 纳米技术 化学 工程类 物理化学 电极
作者
Wenbin Tao,Yulian Ye,Jie Gao,Wenjing Dong,Xunying Wang,Baoyuan Wang,Hao Wang,Xia Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:493: 152722-152722 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152722
摘要

Solid oxide fuel cell (SOFC) is a promising energy conversion technology, but the high operating temperature caused by electrolytes impedes its widespread application. The development of alternative electrolytes with fast ionic transport plays a vital role in tackling this challenge. In this study, a new electrolyte is proposed based on the wide bandgap semiconductor Ga2O3, by using a facile surface treatment on the nanorods of β-Ga2O3 in hydrogen. The treatment reconstructs the surface of the β-Ga2O3 nanorod to form a core–shell structure with an oxygen vacancy-rich shell. The nanorod sample is applied as the electrolyte in SOFC, delivering a high ionic conductivity of 0.15 S cm−1 and promising power densities of 485 mW cm−2 at 550 °C. Further studies confirm dominated proton conduction in the electrolyte and propose different mechanisms to elucidate the fast proton transport in terms of surface reconstruction. Particular attention is paid to the homo-junction at the core–shell interface by discussing the modulating effect of the junction s built-in field on proton diffusion. This work develops a new electrolyte based on β-Ga2O3 for LT-SOFC and presents an effective method of surface reductive reconstruction to enable fast proton conduction in semiconductor electrolytes.

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