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新进展!华南理工大学陈羽发文(IF=32): 复合空气电极的相偏析解锁了可逆质子陶瓷电化学电池的高性能

论论资讯 | 2024-05-28 1028热度

Energy and Environmental Sciences

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Phase segregation of a composite air electrode unlocks the high performance of reversible protonic ceramic electrochemical cells

He F.; Hou M.; Liu D.; Ding Y.; Sasaki K.; Choi Y.; Guo S.; Han D.; Liu Y.; Liu M.; Chen Y.

Published:2024-01-01
DOI:10.1039/d4ee01608d

研究背景

在当今社会,能源和环境问题备受关注,寻找高效的能源转化方式成为研究的热点。然而,在研究领域中,人们一直在面临着氧还原和水氧化等反应速度缓慢的难题,这也妨碍了可逆质子陶瓷电化学电池(R-PCECs)的高性能发展。

研究内容

最新发表在《Energy and Environmental Science》期刊上的一篇论文揭示了一项突破,通过优化复合空气电极,成功解决了氧还原和水氧化反应缓慢的问题。研究团队提出了一种新型复合材料,名为高熵Ce<sub>0.2</sub>Ba<sub>0.2</sub>Sr<sub>0.2</sub>La<sub>0.2</sub>Ca<sub>0.2</sub>CoO<sub>3−δ</sub>(CBSLCC),其自发自组装成为由缺陷Ce<sub>0.2−y</sub>Ba<sub>0.2</sub>Sr<sub>0.2−x</sub>La<sub>0.2−x</sub>Ca<sub>0.2</sub>CoO<sub>3−δ</sub>(CD-CBSLCC)、CeO<sub>2</sub>和La<sub>0.5</sub>Sr<sub>0.5</sub>CoO<sub>3−δ</sub>(LSC)组成的三相电催化剂。 研究发现,氧还原可能发生在整个空气电极表面,而水的形成更倾向于在或靠近CD-CBSLCC附近。CeO<sub>2</sub>相能够提供或消耗质子,促进R-PCECs中氧的发生/还原动力学。研究团队开发的电极在燃料电池和电解电池的双模式下表现出创纪录的电化学性能,600°C时峰值功率密度达到1.66 W cm<sup>−2</sup>,1.3 V时电流密度为−1.76 A cm<sup>−2</sup>。燃料电池(600°C下运行200小时)、电解电池(600°C下运行200小时)以及可逆循环(550°C下运行548小时)均表现出卓越的运行稳定性,为实现R-PCECs商业化迈出了重要的一步。

研究意义

这项研究的创新点在于通过相分离的复合空气电极,成功解锁了可逆质子陶瓷电化学电池的高性能。其意义在于为解决氧还原和水氧化反应缓慢的问题提供了新思路,为推动清洁能源领域的发展贡献了重要的科学成果。

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