Significantly Enhanced Performance of Protonic Ceramic Fuel Cells by Laser Engineering the Electrolyte/Cathode Interface

电解质 阴极 陶瓷 材料科学 接口(物质) 燃料电池 化学工程 激光器 化学 复合材料 电极 工程类 润湿 物理化学 光学 物理 坐滴法
作者
Tianyi Zhou,Huang Hua,Yuqing Meng,J.R. Conrad,Minda Zou,Zeyu Zhao,Kyle S. Brinkman,Jianhua Tong
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (9): 4557-4563 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c01785
摘要

Protonic ceramic fuel cells have attracted much attention due to their good performance at intermediate temperatures (400–700 °C). However, the highly resistive electrolyte-cathode interface has been discovered to be a crucial obstacle inhibiting further cell improvements in performance. Herein, using a model cell material system of BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ electrolyte, 40 wt % BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ + 60 wt % NiO anode, and BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3-δ cathode, we proved that the laser ablation of electrolyte surfaces could accurately remove chemistry discrepancy, increase microroughness, and create versatile patterns for engineering electrolyte/cathode interfaces toward decreased ohmic and polarization resistances. The cells with laser cross-patterned interfaces quadrupled the peak power density of those with pristine interfaces, achieving around 1.4 W/cm2 at 650 °C, among the highest performance regions. The stability testing for 180 h showed no noticeable performance degradation. This laser engineering process is more scalable and ubiquitous than the recently reported chemical-processing methodologies and is suitable for manufacturing a wide range of solid oxide cells.
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