Understanding the Highly Electrocatalytic Active Mixed Triple Conducting NaxCa3–xCo4O9–δ Oxygen Electrode Materials

材料科学 电解 氧气 双功能 钙钛矿(结构) 扩散 析氧 电催化剂 无机化学 化学工程 分析化学(期刊) 催化作用 物理化学 电化学 热力学 电极 物理 化学 工程类 电解质 生物化学 有机化学 色谱法
作者
K. Park,Hohan Bae,Hyunkyu Kim,In‐Gyu Choi,Minkyeong Jo,Gwang‐Min Park,Muhammad Asif,Aman Bhardwaj,Kug‐Seung Lee,Yeong‐Cheol Kim,Sun‐Ju Song,Eric D. Wachsman,Jun‐Young Park
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (2) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/aenm.202202999
摘要

Abstract Despite their high electrocatalytic activity for oxygen electrode reactions, the low phase stability and high thermal expansion of perovskite structured materials have created difficulties in cell fabrication scale‐up and long‐term operational stability of reversible ceramic cells. Herein, an exceptionally high‐performance electrocatalyst is presented based on a misfit‐layered structure, Na 0.15 Ca 2.85 Co 4 O 9–δ (NCCO). NCCO cells enable exceptional fuel cell performance down to 400 °C, with peak power densities of 0.18–5.15 W cm −2 at 400–800 °C, as well as electrolysis performance of minus current density 5.96–15.07 A·cm −2 (at 1.4 V) at 600–750 °C, exceeding the values of all previously described reversible (oxygen and proton) ceramic cells. Furthermore, the durability of NCCO cells is demonstrated for over 900 h at high current densities of 1 and 2 A cm −2 in fuel cells and –0.5 and –4 A cm −2 electrolysis cell modes under load cycle and constant current reversible operation, respectively. Doping with basic monovalent Na + ions in the Ca‐site in Ca 3 Co 4 O 9+δ generates a high density of extra charge carrier species with the increased Co oxidation state and facilitates the proton uptake and diffusion properties of misfit‐layered materials. This finding can deliver a new opportunity to develop innovative bifunctional oxygen electrode catalysts, while providing more favorable reaction pathways for the diffusion of charged species.
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