Ce/Ru共掺杂SrFeO3抗积碳对称SOFC阳极

固体氧化物燃料电池（SOFC）被认为是将燃料中的化学能直接转化为电能的最有前途的能量产生装置之一。钙钛矿氧化物可以同时用作对称的固体氧化物燃料电池的阴极和阳极，简化了装置的组装，同时降低成本。在含碳燃料下，对抑制传统Ni(O)基阳极积碳的氧化物阳极的探索，将降低H₂作为燃料的基础设施的检修成本，从而加速燃料电池技术的商业化。近日，西南大学的倪呈圣（点击查看介绍）团队研究了对称固体氧化物燃料电池中，A位Ce⁴⁺与B位Ru⁴⁺共掺杂的阳极在还原条件下金属/氧化物的出溶机制，以及其对以丙烷为燃料的单电池的燃料催化氧化效果和其对抗积碳能力的影响。

作者在研究中发现，在1250 ℃时，掺入20%的Ce⁴⁺可以生成单一的钙钛矿结构，但在冷却过程中，氧化铈会从钙钛矿晶格中析出。在B位共掺原子百分量5% Ru⁴⁺可以稳定钙钛矿结构，减少冷却过程中萤石型氧化铈的形成。CeO₂的掺杂提高了钙钛矿在还原气氛中的稳定性，但Ce/Ru共掺杂诱导了钙钛矿的表面分解，生成纳米尺度的SrO、CeO₂和Ru混合物。

图1. 对称固体氧化物燃料电池结构以及钙钛矿结构阳极在还原条件下出溶结构示意图。

在800 °C时，厚度为320 μm的LSGM电解质基于Ce20SFR的燃料电池在还原条件下表现出非常小的极化电阻（0.12 Ω•cm²）和优异的峰值功率密度；不仅在H₂燃料条件下达到846 mW•cm^-2，而且在C₃H₈燃料条件下达到330 mW•cm^-2。通过第一性原里计算发现，在阳极条件下，Ru的脱溶对H₂氧化非常重要，且表面氧化铈对丙烷分子的吸附具有一定的催化作用。同时，表面碱土氧化物SrO提升了含碳燃料作用在阳极表面的抗积碳性。

这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是西南大学硕士研究生李帮鑫。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Ce/Ru Codoped SrFeO_3−δ Perovskite for a Coke-Resistant Anode of a Symmetrical Solid Oxide Fuel Cell

Bangxin Li, Shuai He, Jibiao Li, Xiangling Yue, John T.S. Irvine, Deti Xie, Jiupai Ni, Chengsheng Ni

ACS Catal., 2020, 10, 14398-14409, DOI: 10.1021/acscatal.0c03554

导师介绍

倪呈圣

https://www.x-mol.com/university/faculty/78253

http://zihuan.swu.edu.cn/viscms/zihuanidex/fujiaoshou9364/20170321/338890.html