全部新闻 公司新闻 产品新闻 资料下载 行业新闻
佐治亚理工学院Meilin Liu课题组--高导电耐用 Nb(Ta) 掺杂质子导体用于可逆固体氧化物电池
      质子传导可逆固体氧化物电池 (P-ReSOC) 正受到越来越多的关注,因为它们具有在中等温度下有效运行以降低成本和延长使用寿命的潜力。在这里,我们报告了我们通过仔细操纵缺陷化学来合理设计一系列新的供体和受体共掺杂质子导体的发现。具体来说,BaNb(Ta) 0.05 Ce 0.7 Yb 0.25 O 3-δ在 500℃下暴露于含有 30% H2O 的 Ar 中 500 h时,表现出高离子电导率 (0.012 S cm–1 ),同时保持出色的稳定性。相比之下,BaZr 0.1 Ce 0.7 Y 0.1的电阻Yb 0.1 O 3-δ由于与 H2O的反应,在相同条件下随时间连续增加,如使用基于密度泛函理论 (DFT) 的计算合理化。此外,基于 BaNb 0.05 Ce 0.7 Yb 0.25 O 3-δ的单电池在燃料电池模式下实现了 1.12 W cm -2的高峰值功率密度,在 1.3 V下实现了 2.24 A cm -2的高电流密度。电解模式在 600℃。总体而言,这项工作为开发用于 P-ReSOC 的高导电性和稳定的质子导体提供了新的见解。 
 
Figure 1. (a) BMCYb172 的体模型(M = Nb、Ta、Zr、Ce)。(b) H2O 和 (c)在 M 上对 BaO 封端的 BMCYb172 (001) 表面的H2O 和 (c) CO2吸附行为以及在 0 K 时相应的 H2O 和 CO2反应能 (ΔEads ) 作为离子的函数M 的半径。 
 
Figure 2. (a) BNCYb057025、BTCYb057025 和 BZCYYb1711 的 XRD 图谱。(b) BNCYb057025 烧结粉末的 SEM 图像。(c-f) 对应元素的 EDS 映射。(g) BNCYb057025 沿 [1̅01] 区轴与电子束平行对齐的 SAED 图案。(h) HRTEM 图像对应于样品的 [1̅01] 区域轴。
  
Figure 3. (a) BNCYb05、BNCYb10、BTCYb05 和 BZCYYb10 在 500℃下的电导率与 B 位掺杂浓度的函数关系。(b) BNCYb057025、BTCYb057025 和 BZCYYb1711 的电导率随温度的变化。(c) TGA 测量的电解质质子化曲线。(d) 在 1400℃ 下用 NiO 烧制 5 小时后具有不同成分的 BNCYb05 样品的 XRD 图谱。(e) 在电池操作条件下测量的离子迁移数。(f) BNCYb057025 和 BTCYb057025 的电导率在 400-700℃下作为p O2的函数。
  Figure 4. (a) 放大的 XRD 图案和 (b) BNCYb、BTCYb 和 BZCYYb 颗粒在 500℃下暴露于30% CO2和 3% H2O的Ar  300 小时后的钙钛矿 (220) 峰和 BaCO3峰之间的强度比。(c) BNCYb、BTCYb 和 BZCYYb 在500℃下暴露于 30% H2O 的 Ar  500 小时后的电阻变化。(d-f) (d) BNCYb、(e) BTCYb 和 (f) BZCYYb 颗粒在500℃下暴露于30% H2O 的 Ar 500 小时后的电解质表面的 SEM 图像。 
 
Figure 5. 当 H2O 吸附在 (a) M (Nb, Ta, Zr) 上时,吸水的吉布斯自由能 (ΔG ads ) 与温度的函数关系,(b) Ce 是 M 的最近邻, (c) Yb/Y 是 BNCYb、BTCYb 和 BZCYYb 中 M 的最近邻。BaO 封端的 BNCYb (001) 表面在 (d) Nb、(e) Ce 和 (f) Yb 上的 H2O 吸附行为。
  Figure 6. (a-c) (a) Ni-BNCYb/BNCYb/PBCC 单电池、(b) PBCC 空气电极和 (c) Ni-BNCYb 燃料电极的横截面 SEM 图像。(d) 在 500-650℃的燃料电池模式下测量的典型 I-V-P 曲线,燃料电极中有 H2 (3% H2O),空气电极中有环境空气。(e) 在 500–650℃ 的电解模式下测量的典型 I-V 曲线,燃料电极中为H2 (3% H2O),空气电极中为空气 (30% H2O)。(f) 500–650℃质子传导电解池在 1.3 V 时的电流密度比较。(45−51)(g-i) Ni-BNCYb/BNCYb/PBCC 单电池在 (g) 燃料电池模式下的长期稳定性,燃料电极中 H2 (3% H2O) 和空气电极中的环境空气0.5 A cm –2和 650 °C,(h) 可逆操作(在电流密度为±0.5 A cm –2和 650 °C(空气电极中含有 3% H2O 的空气),以及 (i)燃料电极中含有 H2 (3% H2O) 和空气的电解模式(3 % H2O) 在 -0.5 A cm –2和 500 °C 下的空气电极。
 
      相关研究工作由佐治亚理工学院Meilin Liu课题组于2022年在线发表于《ACS Energy Letters》期刊上,原文:Highly Conductive and Durable Nb(Ta)-Doped Proton Conductors for Reversible Solid Oxide Cells。

转自《石墨烯研究》公众号
您的称呼 :
联系电话 :
您的邮箱 :
咨询内容 :
 
石墨烯系列产品 石墨烯薄膜 石墨类产品 分子筛类产品 碳纳米管和其他纳米管系列 活性炭及介孔碳系列产品 吉仓代理进口产品 包装盒类 改性高分子类及其导电添加剂 纳米颗粒/微米颗粒 富勒烯类产品 化学试剂及生物试剂类 MXenes材料 量子点 纳米化合物及稀土氧化物 石墨烯设备及其材料 锂电池导电剂类 外接修饰分子偶联服务 委托开发服务 石墨烯及纳米材料检测业务 石墨烯检测设备 纳米线类/纳米棒类 实验室耗材类 钙钛矿材料(OLED) 导热硅胶片
公司新闻 产品新闻 行业新闻 资料下载