丹麦技术大学陈铭教授团队:纳米LaCoO3修饰的BaZr0.8Y0.2O3-δ 电极用于质子陶瓷电解电池中电解水蒸气反应

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▲第一作者:王清洁

通讯作者:陈铭
单位:丹麦技术大学
 
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研究背景


能源危机和环境污染是全世界在可持续发展道路中所面临的难题。固体氧化物燃料电池(SOFC)和电解池(SOEC)具有能量转换率高、燃料可选范围广等优点,被认为是一种很有发展前途的可逆电池。其中,以质子导体作为电解质的质子导体燃料电池(PCFC)和电解池(PCEC)由于具有高燃料利用率、高理论电动势、高离子迁移数以及低传导活化能,因而备受关注。 尤其在PCEC电解水的模式下,不需要进一步的气体分离技术,可以直接生产出干燥纯净的氢气。然而PCEC的材料选择和相关理论研究还处于早期研发状态,尤其是氧电极的研发存在一定滞后。寻找高性能的氧电极材料, 结构和探索氧电极电化学反应机制,对于质子导体燃料电池的发展具有极其重要的意义。

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文章简介


近日,来着丹麦技术大学陈铭教授团队及其博士生王清洁(第一作者)与美国科罗拉多大学Ricote教授合作, 在Advanced Powder Materials上发表题为”Nano-LaCoO3 Infiltrated BaZr0.8Y0.2O3-δ Electrodes for Steam Splitting in Protonic Ceramic Electrolysis Cells”的文章。该文章报导了一种通过浸渍方法制备复合氧电极材料,实现了良好的电极性能和稳定性。

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本文要点


要点一: 用浸渍的方法取代传统两相或者多相材料物理混合制备LaCoO3(LC)和BaZr0.8Y0.2O3-δ(BZY20)复合电极材料;
和传统的物理混合相比,浸渍法不仅可以极大的提高三相接触点,而且可减少电极材料的烧结温度。同时,因使用和电解质一样的电极骨架材料,可以提高电池的结构稳定性以及电极和电解质之间的兼容性。通过浸渍法制备的复合电极,实现了在600度仅有0.56 Ω cm2的低电极极化电阻。

要点二:氧电极反应机理和稳定性的研究;
针对氧电极在不同测试条件下(温度,氧分压,水分压)的电化学性能变化,结合等效电路拟合分析,探索其反应机理和速率确定步骤,并通过分析电极微观结构和电化学性能之间的联系,研究了电极的长期稳定性和性能衰退机制。研究结果对电极材料成分和微观结构的进一步优化提供了有力的解决方案。本文报导的研究方法也适用于其它能量存储和转换设备的研究。
 
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通讯作者简介


陈铭,丹麦技术大学能源系教授。2005年于瑞士联邦理工(苏黎世)获博士学位。此后一直就职于丹麦技术大学能源转化和存储系。主要研究方向:固体氧化物电解电池和燃料电池,计算材料学,陶瓷金属材料高温相变腐蚀等。负责或参与主持了12项丹麦或欧盟科研课题。主要研究用于高温电解制氢的固体氧化物单电池及电池堆部件的制备,电化学性能和微观结构表征,性能和长期稳定性的优化。参与组织了多个大型国际研讨会,多次在国际学术会议上做特邀报告。在npj Computational Materials, Acta Materialia, Journal of Materials Chemistry A, Chemical Engineering Journal等材料领域期刊上发表论文近百篇,各项专利授权或专利申请7项。积极促进中丹学术合作交流,接收多位国内访问学生学者来丹麦合作研究,与国内多所大学和中科院研究所建立了长期合作关系。

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文章信息


Qingjie Wang, Xiaofeng Tong, Sandrine Ricotec,Rokas Sažinas, Peter VangHendriksen, Ming Chen. Nano-LaCoO3 infiltrated BaZr0.8Y0.2O3-δ electrodes for steam splitting in protonic ceramic electrolysis cells,Advanced Powder Materials,Doi:10.1016/j.apmate.2021.09.003
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