Improving tubular protonic ceramic fuel cell performance by compensating Ba evaporation via a Ba-excess optimized proton conducting electrolyte synthesis strategy

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作者
You-Dong Kim,In Ho Kim,Charlie Meisel,Carolina Herradón,Peter W. Rand,Jayoon Yang,Hyun‐Sik Kim,Neal P. Sullivan,Ryan O’Hayre
出处
期刊:JPhys energy [IOP Publishing]
卷期号:6 (3): 035004-035004 被引量:5
标识
DOI:10.1088/2515-7655/ad5760
摘要

Abstract Protonic ceramic fuel cells (PCFCs) are emerging as a promising technology for reduced temperature ceramic energy conversion devices. The BaCe 0.4 Zr 0.4 Y 0.1 Yb 0.1 O 3− δ (BCZYYb4411) electrolyte is notable for its high proton conductivity. However, the tendency of barium to volatilize in BCZYYb4411 during high-temperature sintering compromises its chemical stability and performance. This study investigates the effects of intentionally incorporating excess barium into BCZYYb4411, formulated as Ba 1+ x Ce 0.4 Zr 0.4 Y 0.1 Yb 0.1 O 3− δ (where x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3), with the aim of compensating barium evaporation and enhancing the physical and chemical properties. We find that excess barium results in a greater shrinkage rate, facilitating a denser electrolyte structure. This barium-enriched electrolyte demonstrates improved electrochemical performance by effectively counteracting the deleterious effects of barium evaporation. Applying this strategy to tubular PCFCs, we achieved a peak power density of 480 mW∙cm −2 at 600 °C. This unique approach provides a simple, tunable, and easy-to-implement processing modification to achieve high-performance tubular PCFC.
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