Fine-tuning thermal expansion characteristics of solid oxide fuel cell cathode via composite cathode fabrication

阴极 耐久性 热膨胀 材料科学 固体氧化物燃料电池 电解质 氧化物 复合数 复合材料 化学工程 电极 化学 冶金 电气工程 工程类 物理化学
作者
Nilam Shah,Tianjiu Zhu,Desheng Feng,Xiaoyong Xu,Fengli Liang,Hao Wang,Zhonghua Zhu,Lei Ge
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:616: 235143-235143 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.235143
摘要

Solid oxide fuel cells (SOFCs) offer promising prospects for sustainable electricity generation, attributed to high efficiency and fuel adaptability. However, their widespread application relies on three critical factors: performance, cost-effectiveness, and durability. Durability presents a significant hurdle; one key reason is the thermal expansion mismatch between cobalt-based cathodes and electrolytes, potentially leading to detachment at the cathode-electrolyte interface. In this study, we propose an approach to mitigate this challenge by fine-tuning the thermal expansion characteristics of the cathode. By tailoring lattice and chemical expansion, our composite cathode incorporates recognized materials like Ba0·5Sr0·5Co0·8Fe0·2O3-δ with Sm0.2Ce0·8O1.9 and the negative thermal expansion (NTE) material Y2W3O12. Through the design of composite materials, we achieve enhanced thermal cycling stability with only ∼20 % area-specific resistance (ASR) increases after 40 harsh thermal cycles between 300–600 °C compared to pure BSCF with over 100 % increment. This optimization process effectively reduces the thermal expansion coefficient while preserving BSCF's overall properties, offering a promising path for supporting SOFC durability and performance.
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