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An Efficient High-Entropy Perovskite-Type Air Electrode for Reversible Oxygen Reduction and Water Splitting in Protonic Ceramic Cells
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-02-01 , DOI: 10.1002/adma.202209469 Fan He 1 , Yucun Zhou 2 , Tong Hu 1 , Yangsen Xu 1 , Mingyang Hou 1 , Feng Zhu 1 , Dongliang Liu 3 , Hua Zhang 1 , Kang Xu 1 , Meilin Liu 2 , Yu Chen 1
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-02-01 , DOI: 10.1002/adma.202209469 Fan He 1 , Yucun Zhou 2 , Tong Hu 1 , Yangsen Xu 1 , Mingyang Hou 1 , Feng Zhu 1 , Dongliang Liu 3 , Hua Zhang 1 , Kang Xu 1 , Meilin Liu 2 , Yu Chen 1
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Reversible protonic ceramic electrochemical cells (R-PCECs) are emerging as ideal devices for highly efficient energy conversion (generating electricity) and storage (producing H2) at intermediate temperatures (400–700 °C). However, their commercialization is largely hindered by the development of highly efficient air electrodes for oxygen reduction and water-splitting reactions. Here, the findings in the design of a highly active and durable air electrode are reported: high-entropy Pr0.2Ba0.2Sr0.2La0.2Ca0.2CoO3−δ (HE-PBSLCC), which exhibits impressive activity and stability for oxygen reduction and water-splitting reactions, as confirmed by electrochemical characterizations and structural analysis. When used as an air electrode of R-PCEC, the HE-PBSLCC achieves encouraging performances in dual modes of fuel cells (FCs) and electrolysis cells (ECs) at 650 °C, demonstrating a maximum power density of 1.51 W cm−2 in FC mode, and a current density of −2.68 A cm−2 at 1.3 V in EC mode. Furthermore, the cells display good operational durabilities in FC and EC modes for over 270 and 500 h, respectively, and promising cycling durability for 70 h with reasonable Faradaic efficiencies. This study offers an effective strategy for the design of active and durable air electrodes for efficient oxygen reduction and water splitting.
中文翻译：
用于质子陶瓷电池中可逆氧还原和水分解的高效高熵钙钛矿型空气电极
可逆质子陶瓷电化学电池 (R-PCEC) 正在成为在中等温度 (400–700 °C) 下进行高效能量转换（发电）和储存（产生 H 2）的理想设备。然而，它们的商业化在很大程度上受到用于氧还原和水分解反应的高效空气电极的开发的阻碍。在这里，报告了在设计高活性和耐用空气电极方面的发现： 高熵 Pr 0.2 Ba 0.2 Sr 0.2 La 0.2 Ca 0.2 CoO 3− δ(HE-PBSLCC)，其对氧还原和水分解反应表现出令人印象深刻的活性和稳定性，正如电化学表征和结构分析所证实的那样。当用作 R-PCEC 的空气电极时，HE-PBSLCC 在 650 °C 下在燃料电池 (FC) 和电解电池 (EC) 双模式下实现了令人鼓舞的性能，展示了 1.51 W cm -2 in的最大功率密度FC 模式，电流密度为 −2.68 A cm −2在 EC 模式下为 1.3 V。此外，电池在 FC 和 EC 模式下显示出良好的运行耐久性，分别超过 270 小时和 500 小时，并且在合理的法拉第效率下具有良好的 70 小时循环耐久性。这项研究为设计活性和耐用的空气电极提供了有效的策略，以实现高效的氧气还原和水分解。
更新日期：2023-02-01
中文翻译：
用于质子陶瓷电池中可逆氧还原和水分解的高效高熵钙钛矿型空气电极
可逆质子陶瓷电化学电池 (R-PCEC) 正在成为在中等温度 (400–700 °C) 下进行高效能量转换（发电）和储存（产生 H 2）的理想设备。然而，它们的商业化在很大程度上受到用于氧还原和水分解反应的高效空气电极的开发的阻碍。在这里，报告了在设计高活性和耐用空气电极方面的发现： 高熵 Pr 0.2 Ba 0.2 Sr 0.2 La 0.2 Ca 0.2 CoO 3− δ(HE-PBSLCC)，其对氧还原和水分解反应表现出令人印象深刻的活性和稳定性，正如电化学表征和结构分析所证实的那样。当用作 R-PCEC 的空气电极时，HE-PBSLCC 在 650 °C 下在燃料电池 (FC) 和电解电池 (EC) 双模式下实现了令人鼓舞的性能，展示了 1.51 W cm -2 in的最大功率密度FC 模式，电流密度为 −2.68 A cm −2在 EC 模式下为 1.3 V。此外，电池在 FC 和 EC 模式下显示出良好的运行耐久性，分别超过 270 小时和 500 小时，并且在合理的法拉第效率下具有良好的 70 小时循环耐久性。这项研究为设计活性和耐用的空气电极提供了有效的策略，以实现高效的氧气还原和水分解。
京公网安备 11010802027423号