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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

采用微波水浴加熱法在 SrFe0.9Nb0.1O3-δ陰極上原位合成 Sr3Fe1.8Nb0.2O7-δ涂層，提高了氧還原反應(yīng)活性

該研究發(fā)表于 Journal of the European Ceramic Society（2022），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 質(zhì)子陶瓷燃料電池、復(fù)合陰極 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括最佳樣品最高電子電導(dǎo)率 123 S cm-1；對稱電池極化電阻 0.31 Ω cm2。

論文編號 502
應(yīng)用方向 質(zhì)子陶瓷燃料電池、復(fù)合陰極、微波水浴合成、異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑、氧還原反應(yīng)動力學(xué)
關(guān)鍵結(jié)果 最佳樣品最高電子電導(dǎo)率 123 S cm-1
核心條件 見正文實驗條件
論文編號
502
期刊
Journal of the European Ceramic Society
影響因子
6.364
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2022
設(shè)備型號
XH-8000 / XH-8000Plus
作者單位
合肥工業(yè)大學(xué)；合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院；合肥工業(yè)大學(xué) 安徽省粉末冶金工程與技術(shù)研究中心
Hefei University of Technology; School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology; Research Centre for Powder Metallurgy Engineering and Technology of Anhui Province
研究方向
質(zhì)子陶瓷燃料電池 復(fù)合陰極 微波水浴合成 異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑 氧還原反應(yīng)動力學(xué)

事實快照

  • 論文：采用微波水浴加熱法在 SrFe0.9Nb0.1O3-δ陰極上原位合成 Sr3Fe1.8Nb0.2O7-δ涂層，提高了氧還原反應(yīng)活性
  • 設(shè)備：XH-8000 / XH-8000Plus
  • 期刊與分區(qū)：Journal of the European Ceramic Society，中科院 1 區(qū)
  • 關(guān)鍵結(jié)果：最佳樣品最高電子電導(dǎo)率 123 S cm-1；對稱電池極化電阻 0.31 Ω cm2
  • 用途：可作為 質(zhì)子陶瓷燃料電池、復(fù)合陰極 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

作者圍繞低溫 PCFC 陰極普遍存在的 ORR 緩慢問題，提出了一條“微波水浴輔助原位包覆”路線。具體做法是先制備 SFN113 前驅(qū)體，再把它與 Sr(NO3)2、尿素、Triton X-100 和水一起置于祥鵠 XH-8000Plus 中，在密閉、同步攪拌條件下進(jìn)行微波水浴處理，使 SrCO3 均勻包覆在前驅(qū)體表面，后續(xù)燒結(jié)后原位轉(zhuǎn)化為 SFN327 包覆層。該雙相結(jié)構(gòu)一方面提升了氧表面交換系數(shù) k，另一方面引入額外的質(zhì)子傳導(dǎo)通道，從而顯著改善復(fù)合陰極的電催化還原活性和單電池輸出性能。

研究背景與解決的問題

作者圍繞低溫 PCFC 陰極普遍存在的 ORR 緩慢問題，提出了一條“微波水浴輔助原位包覆”路線。

關(guān)鍵結(jié)果

最佳樣品最高電子電導(dǎo)率 123 S cm-1
對稱電池極化電阻 0.31 Ω cm2
指標(biāo)結(jié)果
最佳樣品最高電子電導(dǎo)率123 S cm-1
對稱電池極化電阻0.31 Ω cm2

機(jī)制/方法亮點

  • 這篇論文的機(jī)理邏輯比較清晰，可以概括為三層： 第一層，是 SFN327 自身提供了新的氧吸附、解離和并入路徑。相比單相 SFN113，表面新增的第二相把氧分子的反應(yīng)入口擴(kuò)展了。 第二層，是 SFN113/SFN327 異質(zhì)界面產(chǎn)生了更強(qiáng)的促進(jìn)作用。作者認(rèn)為，異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面附近的晶格應(yīng)力、陽離子價態(tài)變化、氧空位環(huán)境以及局部傳輸路徑優(yōu)化，共同降低了氧表面交換過程的阻力。 第三層，是 SFN327 額外帶來的質(zhì)子傳導(dǎo)能力，把原本更局限于電解質(zhì)-陰極邊界附近的反應(yīng)區(qū)，向整個陰極區(qū)域擴(kuò)展。這樣不僅表面交換更快，電極有效反應(yīng)體積也更大。

應(yīng)用價值

  • 論文明確把祥鵠 XH-8000Plus 用于微波水浴原位包覆，設(shè)備型號、廠家和關(guān)鍵工藝參數(shù)完整清晰。
  • 設(shè)備承擔(dān)的是“均勻自組裝第二相”的關(guān)鍵角色，不是泛泛而談的微波輔助，而是直接決定異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑質(zhì)量。
  • 通過原位形成 SFN327 包覆層，把 MIEC 和 TPC 兩類傳輸優(yōu)勢整合進(jìn)同一復(fù)合陰極。
  • 最佳樣品最高電子電導(dǎo)率達(dá)到 123 S cm-1，k 值在低溫區(qū)相對裸樣最高提升約 7 倍。
  • 單電池在 700 ℃ 下達(dá)到 697 mW cm-2，對稱電池極化電阻低至 0.31 Ω cm2，應(yīng)用說服力很強(qiáng)。

相關(guān)儀器推薦

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-8000 / XH-8000Plus。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Journal of the European Ceramic Society（2022），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 質(zhì)子陶瓷燃料電池、復(fù)合陰極 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括最佳樣品最高電子電導(dǎo)率 123 S cm-1；對稱電池極化電阻 0.31 Ω cm2。
該研究發(fā)表在哪個期刊？
發(fā)表于 Journal of the European Ceramic Society，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Improved oxygen reduction reaction activity by in-situ synthesizing Sr3Fe1.8Nb0.2O7-δ coating on SrFe0.9Nb0.1O3-δ cathode via the microwave water bath heating method
Journal of the European Ceramic Society, 2022
DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.07.004