Development of Double‐Perovskite Compounds as Cathode Materials for Low‐Temperature Solid Oxide Fuel Cells

A class of double‐perovskite compounds display fast oxygen ion diffusion and high catalytic activity toward oxygen reduction while maintaining excellent compatibility with the electrolyte. The astoundingly extended stability of NdBa_1−xCa_xCo₂O_5+δ (NBCaCO) under both air and CO₂‐containing atmosphere is reported along with excellent electrochemical performance by only Ca doping into the A site of NdBaCo₂O_5+δ (NBCO). The enhanced stability can be ascribed to both the increased electron affinity of mobile oxygen species with Ca, determined through density functional theory calculations and the increased redox stability from the coulometric titration.     

钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视.钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和对燃料气较好的催化活性及超强抗积碳能力而越来越被广泛地应用于直接烃类SOFCs的阳极材料中.本文对钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阳极的设计要求出发,着重比较了LaCrO3系列、SrTiO3系列和双钙钛矿等阳极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望.     

双钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种能量转化装置,具有转换效率高、环境友好、燃料适应性强等优点,其中,阳极作为燃料气的电化学反应场所,对SOFC性能起关键作用。相比于传统Ni-YSZ阳极,钙钛矿阳极材料结构稳定性好,具有较强的抗碳沉积、硫中毒能力。双钙钛矿结构由于具有晶格位置的多样化,因而材料结构和性能具有更强的可调控性,受到人们的广泛关注,成为新型阳极材料的重要研究方向。但相较于传统Ni-YSZ阳极材料,双钙钛矿阳极仍存在催化活性差,电导率低等问题。本文综述了近十几年双钙钛矿阳极材料的研究进展,首先对A位和B位双钙钛矿结构特征和形成原因进行了简单介绍,然后对两种双钙钛矿结构的典型阳极材料性能特点、改性方法和改性机理进行了分类总结,包括Sr₂MgMoO₆、Sr₂CoMoO₆、Sr₂NiMoO₆、Sr₂FeMoO₆、PrBaMn₂O_5+δ等材料。最后对双钙钛矿阳极材料未来的研究方向提出了建议。     

An Aurivillius Oxide Based Cathode with Excellent CO2 Tolerance for Intermediate‐Temperature Solid Oxide Fuel Cells

The Aurivillius oxide Bi₂Sr₂Nb₂MnO_12?δ (BSNM) was used as a cobalt‐free cathode for intermediate‐temperature solid oxide fuel cells (IT‐SOFCs). To the best of our knowledge, the BSNM oxide is the only alkaline‐earth‐containing cathode material with complete CO₂ tolerance that has been reported thus far. BSNM not only shows favorable activity in the oxygen reduction reaction (ORR) at intermediate temperatures but also exhibits a low thermal expansion coefficient, excellent structural stability, and good chemical compatibility with the electrolyte. These features highlight the potential of the new BSNM material as a highly promising cathode material for IT‐SOFCs.     

双钙钛矿型电极材料在中低温固体氧化物燃料电池中的应用

近年来固体氧化物燃料电池(SOFCs)由于高效率(高达80%)、环境友好和燃料适用广泛等优点得到了人们的广泛关注。但是,由于其通常需要1000 ℃以上的工作温度才能达到所需的性能,其商业化及产业化应用受到了严重制约。中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)的研发是固体氧化物燃料电池进一步商业化的必然趋势。降低工作温度(从高温1000 ℃以上降低至中低温500~800 ℃)可提高燃料电池的稳定性、降低电池运行成本、增加系统材料可选性,而研发出中低温下性能优异的燃料电池电极材料是实现固体氧化物燃料电池中低温化的关键。作为混合离子-电子导体材料之一,双钙钛矿型氧化物材料可以成功地将燃料反应活性区域从传统的电极-电解质-反应气体三相界面扩展到整个电极的表面, 进而降低材料的极化电阻并大大提高电极在中低温条件下对氧的催化活性。由于双钙钛矿结构材料良好的氧离子传输能力、较低的热膨胀系数、优异的催化活性、较强的抗硫中毒和抗碳沉积能力,近年来成为非常有发展潜力的SOFCs电极材料。本文综述双钙钛矿型氧化物材料作为SOFCs电极材料的最新研究进展,指出目前双钙钛矿电极材料存在的主要问题,并提出SOFCs未来的主要研究发展方向。     

Hexaazatrinaphthylene Derivatives: Efficient Electron‐Transporting Materials with Tunable Energy Levels for Inverted Perovskite Solar Cells

Hexaazatrinaphthylene (HATNA) derivatives have been successfully shown to function as efficient electron‐transporting materials (ETMs) for perovskite solar cells (PVSCs). The cells demonstrate a superior power conversion efficiency (PCE) of 17.6 % with negligible hysteresis. This study provides one of the first nonfullerene small‐molecule‐based ETMs for high‐performance p–i–n PVSCs.