Cobalt-Doped MnFeCrO4 Spinel as the Fuel Electrode for Solid Oxide Electrolysis Cells

尖晶石 材料科学 氧化物 电解 高温电解 电解质 化学工程 电极 氧化钴 固体氧化物燃料电池 无机化学 冶金 化学 工程类 物理化学
作者
Xuelin Zhang,Jiupai Ni,Chengsheng Ni
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (16): 12215-12224 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c01414
摘要

Solid oxide electrolysis cells (SOECs) are devices that convert electrical energy into chemical energy and are widely used for hydrogen production from steam or CO generation from CO2. Spinel-type oxides are commonly used as a coating on metal interconnects because of their high electrical conductivity (σ) in the air and matching thermal expansion with that of the electrolyte. They have been used as oxygen electrodes in solid oxide cells in recent years, but their application in fuel electrodes was less studied. In this research, MnFeCr1–xCoxO4 (x = 0, 0.05, 0.2) spinel oxides with a σ around 0.1 S cm–1 were used as the fuel electrode of an SOEC. The MnFeCr0.95Co0.05O4 (MFCC5) and MnFeCr0.8Co0.2O4 (MFCC20) with Co doping on the Cr site decomposed partially during the water electrolysis, producing CoFe alloy and MnO particles on the parent spinels, forming a metal/oxide interface that further enhanced the electrocatalytic performance and durability of the cell. MFCC5 was able to achieve a current density of 1550 mA cm–2 at 1.6 V and maintained a current density of about 600 mA cm–2 after the 150 h durability test at 1.3 V at 800 °C. The Faraday efficiency was close to unity. The in situ exsolution process driven by the cathodic current significantly changed the performance of the cell, but a high performance was still maintained. In situ exsolution of the metals from the reducible cations was a feasible way of designing the spinel-type cathode for SOECs.
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