在固体氧化物燃料电池（SOFC）中直接利用甲烷燃料是实现将这种高效燃料电池立即纳入当前发电基础设施的关键技术。然而，直接以甲烷为燃料 SOFC 的广泛商业化受到电极活性不足和寿命差的严重阻碍，这主要源于碳积累问题。为了使这项技术更具竞争力，一种能够显著提高抗焦化能力的新型电极结构至关重要。在这里，我们展示了高活性和坚固的核壳纳米纤维阳极，La 0.75Sr 0.25Cr0.5Mn0.5O3@Sm0.2Ce0.8O1.9 ( LSCM@SDC )，通过使用两种不混溶的聚合物，通过单喷嘴静电纺丝工艺直接获得。SDC 在 LSCM 上的紧密覆盖不仅增加了活性反应位点，而且还提高了对碳沉积和热聚集的抵抗力。因此，使用LSCM@SDC NFs 获得的电极极化电阻是 LSCM 衍生物所报道的最低值之一（在 800℃的湿H₂中约为 0.11 Ω cm² ）。在这项工作中开发的这种复杂异质结构的简单制造工艺不仅对 SOFC 电极的设计很有吸引力，而且对电解池、膜重整器和质子电池等其他固态器件的设计也很有吸引力。 
  Figure 1. ( a ) 使用不混溶的 PAN(LSCM) 和 PVP(SDC) 溶液合成类核壳 (LSCM@SDC) 复合 NFs 的示意图。(b) LSCM@SDC NF 阳极与传统混合 LSCM-SDC 阳极的 LSCM/SDC/气体三相边界 (TPB) 的微观结构和燃料电氧化反应的示意图。（c，d）（c）初生纳米纤维和（d）煅烧纳米纤维的扫描电子显微镜（SEM）图像。 
 
Figure 2. ( LSCM@SDC ) 复合纳米纤维在 PAN 和 PVP 溶液中三种不同摩尔浓度比的 LSCM 和 SDC 前驱体的SEM 和 TEM 图像，分别为：LSCM/SDC = (a) 1:0.5、(b) 1:1 和 (c) 1:1.25 
 
Figure 3. （LSCM@SDC ) 复合纳米纤维的高角度环形暗场 (HAADF) 扫描及其透射电子显微镜 (STEM) 图像相应的能量色散 X 射线光谱 (EDS) 映射结果。
 
Figure 4. (LSCM@SDC ) 复合纳米纤维的X 射线衍射 (XRD) 图谱在 PAN 中 LSCM 和 SDC 三种不同摩尔浓度比，分别为：LSCM/SDC = 1:0.5、1:1 和 1:1.25。
 
Figure 5. LSCM@SDC复合纳米纤维基阳极和传统混合 LSCM-SDC 复合阳极的 XPS 光谱：(a) Ce 3d 光谱和 (b) Mn 2p 光谱。
 
 
Figure 6. (a) 横截面 SEM 图像和 (b) LSCM@SDC复合纳米纤维基阳极的放大图像。(c) LSCM@SDC复合纳米纤维基阳极在阻抗谱测量约 100 小时后的 SEM 图像。
 
Figure 7. (a) 3% H₂O/H₂ 在 750 °C下对称混合LSCM-SDC（□，黑色）和LSCM@SDC NF（○，蓝色）阳极的典型阻抗谱及其拟合结果（红色实线）。( b )在T = 650–800 ° C ( Δ ,(61)▽,(22)◁,(56)▷,(57)◇、(58)⬠(43)）。(c) 2%H2O/CH4在700°下对称混合LSCM-SDC（□，黑色）和LSCM@SDC NF（○，蓝色）阳极的典型阻抗谱及其拟合结果（红色实线）C。(d) LSCM@SDC NF 阳极在 700 °C下 2% 加湿 CH4下的Rp随时间的变化。由湿度传感器监测的 H2O浓度随时间的变化也显示在右侧y轴上。
 
      相关研究工作由韩国科学技术院WooChul Jung课题组于2022年在线发表于《ACS Nano》期刊上，原文：Nanofiber Composites as Highly Active and Robust Anodes for Direct-Hydrocarbon Solid Oxide Fuel Cells。

转自《石墨烯研究》公众号