A surface reconfiguration of a perovskite air electrode enables an active and durable reversible protonic ceramic electrochemical cell

材料科学 电极 电化学 钙钛矿(结构) 极化(电化学) 电解 化学工程 法拉第效率 陶瓷 析氧 纳米技术 复合材料 化学 电解质 物理化学 工程类
作者
Feng Zhu,Fan He,Dongliang Li,Hua Zhang,Yangsen Xu,Kang Xu,Yu Chen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:53: 754-762 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.10.009
摘要

Reversible protonic ceramic electrochemical cells (R-PCECs) are promising devices for efficient energy storage and conversion. One key technical challenge facing the development of R-PCECs is the sluggish kinetics of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) at the air electrode. Moreover, under typical operating conditions of R-PCECs, the surface of air electrodes readily interacts with the steam, causing severe cation segregations and performance degradations. Here, we report a perovskite-type air electrode with a nominal composition of Ba0.8Gd0.8Pr0.4Co2O5+δ, naturally reconfiguring to a double perovskite Ba0.8Gd0.8-xPr0.4Co2-yO5+δ (BGPC) and in situ formed GdxCoyO3-δ (GCO) nanoparticles (NPs) on the surface of BGPC. Accordingly, the GCO-coated BGPC (GCO-BGPC) electrode shows a low polarization resistance of 0.136 Ω cm2 at 650 °C in a symmetrical cell in wet air (3 vol% H2O). When applied as an air electrode on a fuel electrode-supported cell, the cell demonstrates a good electrochemical performance at 650 °C (a peak power density of 0.909 W cm−2 in fuel cell mode and a current density of 2.336 A cm−2 at 1.3 V in electrolysis cell mode) while maintaining robust reversible operational stability and reasonable Faradaic efficiencies.
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