Enhancing the Oxygen Reaction Kinetics through Compositing BaCoO3-δ with Triple Conductor BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3−δ for Proton-Conducting Solid Oxide Fuel Cells

材料科学 氧气 活化能 热传导 扩散 质子 动力学 电导率 化学动力学 分析化学(期刊) 化学工程 复合材料 化学 物理化学 热力学 核物理学 工程类 物理 有机化学 量子力学 色谱法
作者
Sijia Wang,Jingzeng Cui,Jianqiu Zhu,Ze Liu,Ziting Xia,Youle Liu,Peng Du,Jian‐Qiang Wang,Yuxuan Zhang,Tao Wei,Linjuan Zhang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (37): 15255-15265 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.4c03528
摘要

Proton conduction fuel cells (PCFCs) are emerging as a promising technology for the conversion of chemical and waste heat energy into electrical energy. However, its commercial application is often hindered by the low activity of the oxygen reduction reaction at low temperatures. In this study, a composite material consisting of BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3−δ (BCFZY) and BaCoO3−δ (BCO) was synthesized to achieve a synergistic combination of proton/oxygen ion/electron triple conduction with oxygen ion/electron double conduction at a specific ratio. The utilization of the composite material led to an enhancement in conductivity and remarkable improvement in both bulk diffusion coefficient (Dchem) and the surface exchange coefficient (kchem) across all temperature ranges, effectively amplifying oxygen reaction kinetics. Furthermore, the BCFZY-BCO electrode demonstrated a remarkable enhancement in peak power density, increasing from 820 mW cm–2 to an impressive 1161 mW cm–2 at 650 °C. The integration of BCFZY and BCO presents an effective strategy for PCFCs, significantly improving overall cell performance and oxygen reaction kinetics through the synergistic effects of the composite materials.
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