Highly efficient reversible protonic ceramic electrochemical cells for power generation and fuel production

法拉第效率 材料科学 高温电解 陶瓷 质子交换膜燃料电池 氢燃料 聚合物电解质膜电解 电力转天然气 电解 化学工程 氧化物 燃料电池 电化学 制氢 储能 电化学能量转换 电解质 电解槽 再生燃料电池 化学能 电化学电池 电极 功率(物理) 冶金 化学 工程类 有机化学 量子力学 复合材料 物理化学 物理
作者
Chuancheng Duan,Robert J. Kee,Huayang Zhu,Neal P. Sullivan,Liangzhu Zhu,Liuzhen Bian,Dylan Jennings,Ryan O’Hayre
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:4 (3): 230-240 被引量:573
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0333-2
摘要

Reversible fuel cells based on both proton exchange membrane fuel cell and solid oxide fuel cell technologies have been proposed to address energy storage and conversion challenges and to provide versatile pathways for renewable fuels production. Both technologies suffer challenges associated with cost, durability, low round-trip efficiency and the need to separate H2O from the product fuel. Here, we present a reversible protonic ceramic electrochemical cell based on an yttrium and ytterbium co-doped barium cerate–zirconate electrolyte and a triple-conducting oxide air/steam (reversible) electrode that addresses many of these issues. Our reversible protonic ceramic electrochemical cell achieves a high Faradaic efficiency (90–98%) and can operate endothermically with a >97% overall electric-to-hydrogen energy conversion efficiency (based on the lower heating value of H2) at a current density of −1,000 mA cm−2. Even higher efficiencies are obtained for H2O electrolysis with co-fed CO2 to produce CO and CH4. We demonstrate a repeatable round-trip (electricity-to-hydrogen-to-electricity) efficiency of >75% and stable operation, with a degradation rate of <30 mV over 1,000 h. Reversible electrochemical cells can operate in both fuel cell and electrolysis modes to interconvert between chemical and electrical energy. Here, Duan et al. design a reversible protonic ceramic electrochemical cell that operates stably at 500–600 °C, with high Faradaic and round-trip efficiencies, by minimizing electronic leakage.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
JamesPei应助cc采纳,获得10
2秒前
yookia应助明理的凌旋采纳,获得10
2秒前
3秒前
qiqi完成签到,获得积分10
4秒前
未来2发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
英姑应助Faye采纳,获得10
6秒前
6秒前
ding应助沉静妙菡采纳,获得10
6秒前
纳斯达克发布了新的文献求助10
7秒前
lunhui6453完成签到,获得积分10
7秒前
beyondjun发布了新的文献求助10
9秒前
酷波er应助嘟嘟采纳,获得10
9秒前
小马甲应助哈哈爷采纳,获得10
9秒前
CipherSage应助哈哈爷采纳,获得10
9秒前
小乐应助哈哈爷采纳,获得10
10秒前
大个应助哈哈爷采纳,获得30
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
11秒前
情怀应助淡然的花卷采纳,获得10
12秒前
12秒前
李某发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
Hello应助林士萍采纳,获得10
15秒前
15秒前
16秒前
16秒前
zyq完成签到 ,获得积分10
16秒前
16秒前
16秒前
18秒前
今天开始吃草完成签到,获得积分20
18秒前
英吉利25发布了新的文献求助30
19秒前
19秒前
光影相生应助称心不尤采纳,获得10
19秒前
情怀应助www采纳,获得10
19秒前
Jasen发布了新的文献求助10
19秒前
哈哈发布了新的文献求助10
20秒前
高分求助中
Ophthalmic Equipment Market by Devices(surgical: vitreorentinal,IOLs,OVDs,contact lens,RGP lens,backflush,diagnostic&monitoring:OCT,actorefractor,keratometer,tonometer,ophthalmoscpe,OVD), End User,Buying Criteria-Global Forecast to2029 2000
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind 1000
Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind (Sixth Edition) 1000
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 588
不知道标题是什么 500
Christian Women in Chinese Society: The Anglican Story 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3961980
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3508280
关于积分的说明 11140173
捐赠科研通 3240897
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1791091
邀请新用户注册赠送积分活动 872726
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 803352