氧电极中含有Co元素存在的问题,很多文献中进行了报道,包括毒性、热膨胀、成本高等问题。本论文以目前应用广泛的LSCF电极作为基准,设计合成了高熵电极材料La0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.2Ti0.2Mn0.2Ni0.2O3-δ(LSCuFTMN),对该材料的性质进行了表征,同时系统比较了和LSCF在CO2电解中的性能差异。
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确认合成高熵材料的相结构,经过20h焙烧才可以得到纯相。同时给出对比电池和实验电池的微观结构。
XPS表征表明了在合成的LSCuFTMN中各个元素的多价态。
通过DRT分析,确认LSCuFTMN和LSCF相比,峰2和峰3明显降低,表明氧电极过程得以加速,具体包括氧扩散、离子化及表面交换过程等。
比较在CO2电解中的性能,阻抗谱图横纵坐标标尺一样,其长度应该也是一致的,另图b中横坐标存在笔误。
可以发现在1.0V之后,LSTCuFMN的优势才开始展现。在施加电压为2V时,电流密度为1.2 A cm−2 ,接近时LSCF的两倍,而且其CO产率也比较高,法拉第效率超过95%。在20h测试中,可以发现其电流密度有小幅度上升,其性能似乎越来越好。与之相比,LSCF的电流密度却呈现轻微下降趋势。
作为高熵电极材料,很多文献都会探讨其抗Cr中毒的能力,本论文报道的LSTCuFMN也许也会在此方面展现优势。
另作为空气电极,不知其在SOFC性能测试中是否存在优势?也许值得探究。
Design of a B-Site Co-Free Multielement Perovskite Oxide as Oxygen Electrode for Efficient CO2 Solid Oxide Electrolysis Cells
Zhengrong Liu, Zilin Zhou, Jiaming Yang, Yueyue Sun, Chaofan Yin, Ruhuan Li, Kai Wu, Athanasios Chatzitakis, and Jun Zhou
ACS Applied Energy Materials Article ASAP
DOI: 10.1021/acsaem.4c02000
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsaem.4c02000
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中国矿业大学凌意瀚教授JPS:一锅法合成优异抗中毒能力的高熵异质阴极材料