Komposit-Luftelektroden für reversible Festoxidzellen mit BaCe0,7Zr0,1Y0,1Yb0,1O3−δ (Abstract Deutsch)
Reversible Festoxidzellen – Vorrichtungen, die Elektrizität und chemische Brennstoffe ineinander umwandeln – verwenden üblicherweise Luftelektroden aus Verbundwerkstoffen. Diese kombinieren den sauerstoffionenleitenden Werkstoff Gd0,1Ce0,9O2–δ (GDC) mit einem elektronisch leitfähigen Katalysator, um die Dreiphasengrenzen zu maximieren und den Grenzflächenwiderstand zu minimieren. Trotz der Effizienz dieser Architektur sind keine weiteren Leistungssteigerungen mehr zu verzeichnen. Hier zeigen wir, dass der Austausch von GDC durch Materialien auf Basis von BaCe1−xZrxO3 (zum Beispiel BaCe0,7Zr0,1Y0,1Yb0,1O3−δ, BCZYYb7111), die sowohl Protonen als auch Sauerstoffionen und Löcher leiten, die elektronische und ionische Leitfähigkeit der Verbundelektrode ausgleicht. Dies verändert den Reaktionspfad hin zu einem geschwindigkeitsbestimmenden Schritt mit niedrigerer Aktivierungsbarriere und weitet den elektrochemisch aktiven Bereich auf die gesamte Elektrodenoberfläche aus. In einer Konfiguration, bei der der hochaktive Misfit-Schicht-Katalysator Gd0,3Ca2,7Co3,82Cu0,18O9−δ mit BCZYYb7111 kombiniert wird, erreicht die reversible Festoxidzelle bei Verwendung eines mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkondioxid-Elektrolyten und einer Betriebstemperatur von 800 °C eine Leistung von 7,08 W cm−2 im Brennstoffzellenmodus sowie eine Stromdichte von –7,88 A cm−2 bei 1,3 V im Elektrolysemodus. Diese Strategie der Verbundbildung steigert zudem die Leistungsfähigkeit anderer gängiger Sauerstoff-Elektrokatalysatoren.
Weitere Hinweise und Quellen
Kwangho Park, WonJun Lee, Junghyun Park, Minkyeong Jo, Yeongeun Bae, Minji Kim, Sejong Shin, Jinuk Moon,
Ryan O’Hayre, Jeong Woo Han, Sun-Ju Song &
Jun-Young Park
