Rapid fabrication of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) with suppression of LSCF/YSZ chemical side reaction via flash light sintering for SOFCs

材料科学 阴极 氧化钇稳定氧化锆 烧结 电解质 制作 化学工程 固体氧化物燃料电池 微观结构 立方氧化锆 复合材料 电极 陶瓷 工程类 病理 物理化学 化学 替代医学 医学
作者
Yonghyun Lim,Junghum Park,Hojae Lee,Miju Ku,Young‐Beom Kim
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:90: 106524-106524 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106524
摘要

The chemical side reaction between a lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) cathode and an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte is a key problem for solid oxide fuel cell (SOFC) fabrication. Herein, we demonstrate rapid fabrication of an LSCF cathode using a novel flash light sintering (FLS) technique to suppress the chemical side reaction; notably, no Gd-doped ceria interlayer is required. The FLS-fabricated LSCF cathode shows comparable crystalline development and microstructural evolution to a cathode fabricated using the conventional high-temperature sintering process. A clear LSCF/YSZ interface appears, indicating suppression of detrimental chemical side reactions via rapid and surface-dominant sintering kinetics. Detailed interfacial microstructure analysis reveals the absence of Sr segregation and SrZrO3 formation at the FLS-LSCF cathode/YSZ electrolyte interface. Remarkable performance of 0.9 W cm–2 power density at 750 °C is achieved for a cell incorporating the rapidly fabricated LSCF cathode on the interlayer-free YSZ electrolyte owing to suppression of the insulating secondary phases and significantly reduced polarization resistance. Hence, rapid LSCF cathode fabrication via the novel FLS method effectively suppresses secondary phase formation at the LSCF/YSZ interface and greatly simplifies SOFC fabrication by eliminating the doped-ceria-based interlayer. Moreover, this novel method could help overcome interfacial chemical reaction problems in various solid-state devices, while also providing new application opportunities for high-performance electrolyte/electrode materials.
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