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Tri-Doped BaCeO3-BaZrO3 as a Chemically Stable Electrolyte with High Proton-Conductivity for Intermediate Temperature Solid Oxide Electrolysis Cells (SOECs).
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-07-29 , DOI: 10.1021/acsami.0c12532 Sathish Rajendran 1 , Naresh Kumar Thangavel 1 , Hanping Ding 2 , Yi Ding 3 , Dong Ding 2 , Leela Mohana Reddy Arava 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-07-29 , DOI: 10.1021/acsami.0c12532 Sathish Rajendran 1 , Naresh Kumar Thangavel 1 , Hanping Ding 2 , Yi Ding 3 , Dong Ding 2 , Leela Mohana Reddy Arava 1
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Solid oxide electrolysis cells (SOECs) are devices that enable economically viable production of clean fuel such as hydrogen gas, which can be used in many industrial applications and serving as an energy carrier for renewable energy sources. Operation of SOEC at intermediate temperature (IT) range (400 to 600 °C) is highly attractive because many unexploited heat sources from industries can be utilized. Proton conducting SOECs based on barium–zirconium–cerate electrolytes show great potential for operating at this temperature range due to their high proton conductivity at reduced temperatures. In this study, a new tridoped BaCe0.5Zr0.2Y0.1Yb0.1Gd0.1O3−δ (BCZYYbGd) electrolyte with very high chemical stability and proton conductivity is coupled with a PrNi0.5Co0.5O3−δ steam electrode and a Ni-BCYYbGd hydrogen electrode for IT-SOEC operation. The dopants of the electrolyte were carefully designed to obtain the optimum stability and conductivity for IT-SOEC. The BCYYbGd electrolyte was stable over 200 h at 50 vol % steam in argon and at 600 °C, and a very high electrolysis current density of 2.405 A cm–2 was obtained at 600 °C and 1.6 V at 20 vol % of steam in argon. This system was also found to be highly reversible, exhibiting very high performance in SOFC mode and suggesting a potential candidate for next generation proton conducting electrolyte.
中文翻译：
三重掺杂的BaCeO3-BaZrO3作为化学稳定的电解质，具有高质子传导性，可用于中温固体氧化物电解槽（SOEC）。
固体氧化物电解池（SOEC）是使经济可行地生产清洁燃料（如氢气）的设备，该设备可用于许多工业应用，并用作可再生能源的能源载体。SOEC在中等温度（IT）范围（400至600°C）下运行非常有吸引力，因为可以利用许多来自工业的未开发热源。基于钡-锆-铈酸盐电解质的质子传导SOEC由于在较低的温度下具有较高的质子传导性，因此在此温度范围内具有巨大的应用潜力。在这项研究中，新的三掺杂BaCe 0.5 Zr 0.2 Y 0.1 Yb 0.1 Gd 0.1 O 3−δ具有极高化学稳定性和质子传导性的（BCZYYbGd）电解质与PrNi 0.5 Co 0.5 O3 -δ蒸汽电极和Ni-BCYYbGd氢电极结合在一起，用于IT-SOEC操作。精心设计了电解质的掺杂剂，以获得IT-SOEC的最佳稳定性和导电性。BCYYbGd电解质在50％体积的氩气中和600°C的温度下在200 h内稳定，在20°C的蒸汽中600°C和1.6 V时获得了2.405 A cm –2的极高电解电流密度。氩气 还发现该系统是高度可逆的，在SOFC模式下表现出非常高的性能，并暗示了下一代质子传导电解质的潜在候选者。
更新日期：2020-08-26
中文翻译：
三重掺杂的BaCeO3-BaZrO3作为化学稳定的电解质，具有高质子传导性，可用于中温固体氧化物电解槽（SOEC）。
固体氧化物电解池（SOEC）是使经济可行地生产清洁燃料（如氢气）的设备，该设备可用于许多工业应用，并用作可再生能源的能源载体。SOEC在中等温度（IT）范围（400至600°C）下运行非常有吸引力，因为可以利用许多来自工业的未开发热源。基于钡-锆-铈酸盐电解质的质子传导SOEC由于在较低的温度下具有较高的质子传导性，因此在此温度范围内具有巨大的应用潜力。在这项研究中，新的三掺杂BaCe 0.5 Zr 0.2 Y 0.1 Yb 0.1 Gd 0.1 O 3−δ具有极高化学稳定性和质子传导性的（BCZYYbGd）电解质与PrNi 0.5 Co 0.5 O3 -δ蒸汽电极和Ni-BCYYbGd氢电极结合在一起，用于IT-SOEC操作。精心设计了电解质的掺杂剂，以获得IT-SOEC的最佳稳定性和导电性。BCYYbGd电解质在50％体积的氩气中和600°C的温度下在200 h内稳定，在20°C的蒸汽中600°C和1.6 V时获得了2.405 A cm –2的极高电解电流密度。氩气 还发现该系统是高度可逆的，在SOFC模式下表现出非常高的性能，并暗示了下一代质子传导电解质的潜在候选者。
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