Manipulating the Activity and Thermal Compatibility of NdBaCoFeO5+δ Cathodes for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells via Fluorine Doping
Source abstract
Abstract
The use of LnBaCo2O5+δ (Ln = rare earth) cathodes in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) is limited by their high thermal expansion coefficients (TECs). Unfortunately, the electrocatalytic activity of LnBaCo2O5+δ cathodes is also decreased significantly while reducing the TECs. Here, we report the simultaneous enhancement of the oxygen-reduction activity and thermal expansion compatibility of the NdBaCoFeO5+δ (NBCF) double-perovskite cathode for IT-SOFCs via fluorine doping at the oxygen sites, that is, NdBaCoFeO5+δ-xFx (NBCFFx, x = 0.05 and 0.10). The maximum power density of the single cell with a configuration of NiO–Ce0.8Sm0.2O2/Ce0.8Sm0.2O2/La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3−δ/NBCFF0.05 attains 504 mW cm–2 at 700 °C in dry H2. Compared with the pristine NBCF, the polarization resistances of NBCFF0.05 are down by 18.9, 17.0, 13.9, and 10.5% from 650 to 800 °C with an interval of 50 °C, respectively, while the average TEC is decreased by 3.6%. Based on the analysis of distribution of relaxation time from impedance data, the oxygen surface exchange and bulk diffusion are the rate-limiting steps in the oxygen-reduction reaction, which can be improved by fluorine doping. Our results suggest that the fluorine doping at oxygen sites shows a better ability to promote the performance of the cathode material in IT-SOFCs.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advancements in Solid Oxide Fuel Cells · Magnetic and transport properties of perovskites and related materials · Electronic and Structural Properties of Oxides
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Key Laboratory of Physics and Technology for Advanced Batteries, Ministry of Education, College of Physics, Jilin University, Changchun 130012, PR China
Funding
Department of Science and Technology of Jilin Province · National Natural Science Foundation of China
References (74)
Show source-provided references
1. 10.1007/s10832-011-9635-x10.1007/s10832-011-9635-x ↗
2. 10.1007/s10008-008-0611-610.1007/s10008-008-0611-6 ↗
3. 10.1007/s10008-009-0932-010.1007/s10008-009-0932-0 ↗
4. 10.1016/j.ceramint.2019.11.06610.1016/j.ceramint.2019.11.066 ↗
5. 10.1016/j.nanoen.2017.12.04410.1016/j.nanoen.2017.12.044 ↗
6. 10.1038/nature0286310.1038/nature02863 ↗
7. 10.1016/j.ssi.2006.05.04710.1016/j.ssi.2006.05.047 ↗
8. 10.1063/1.216325710.1063/1.2163257 ↗
9. 10.1039/b618345j10.1039/b618345j ↗
10. 10.1039/B704320A10.1039/B704320A ↗
11. 10.1016/j.jpowsour.2007.08.07710.1016/j.jpowsour.2007.08.077 ↗
12. 10.1016/j.actamat.2008.06.00410.1016/j.actamat.2008.06.004 ↗
13. 10.1016/j.jpowsour.2015.08.03410.1016/j.jpowsour.2015.08.034 ↗
14. 10.1149/1.283902810.1149/1.2839028 ↗
15. 10.1016/j.ijhydene.2016.11.01510.1016/j.ijhydene.2016.11.015 ↗
16. 10.1016/j.jpowsour.2008.07.06410.1016/j.jpowsour.2008.07.064 ↗
17. 10.1016/j.jpowsour.2009.10.06210.1016/j.jpowsour.2009.10.062 ↗
18. 10.1016/j.jpowsour.2010.05.01810.1016/j.jpowsour.2010.05.018 ↗
19. 10.1016/j.jallcom.2010.12.14710.1016/j.jallcom.2010.12.147 ↗
20. 10.1016/j.jpowsour.2013.06.03610.1016/j.jpowsour.2013.06.036 ↗
21. 10.1016/j.jallcom.2018.08.30010.1016/j.jallcom.2018.08.300 ↗
22. 10.1016/j.elecom.2009.08.05410.1016/j.elecom.2009.08.054 ↗
23. 10.1016/j.ijhydene.2010.01.07910.1016/j.ijhydene.2010.01.079 ↗
24. 10.1016/j.jpowsour.2013.05.18710.1016/j.jpowsour.2013.05.187 ↗
25. 10.1016/j.jpowsour.2012.08.04410.1016/j.jpowsour.2012.08.044 ↗
26. 10.1016/j.ijhydene.2013.07.02410.1016/j.ijhydene.2013.07.024 ↗
27. 10.1016/j.ceramint.2014.03.11310.1016/j.ceramint.2014.03.113 ↗
28. 10.1016/j.electacta.2014.01.11210.1016/j.electacta.2014.01.112 ↗
29. 10.1016/j.electacta.2016.04.06910.1016/j.electacta.2016.04.069 ↗
30. 10.1016/j.jpowsour.2016.02.07110.1016/j.jpowsour.2016.02.071 ↗
31. 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.01710.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.017 ↗
32. 10.1016/j.ijhydene.2018.03.16310.1016/j.ijhydene.2018.03.163 ↗
33. 10.1039/C7TA10923G10.1039/C7TA10923G ↗
34. 10.1016/j.ceramint.2018.08.30110.1016/j.ceramint.2018.08.301 ↗
35. 10.1016/j.ceramint.2018.09.01810.1016/j.ceramint.2018.09.018 ↗
36. 10.1016/j.jssc.2018.05.02810.1016/j.jssc.2018.05.028 ↗
37. 10.1016/j.electacta.2018.11.21410.1016/j.electacta.2018.11.214 ↗
38. 10.1016/j.electacta.2020.13727410.1016/j.electacta.2020.137274 ↗
39. 10.1002/aenm.20170024210.1002/aenm.201700242 ↗
40. 10.1016/j.ijhydene.2018.04.16710.1016/j.ijhydene.2018.04.167 ↗
41. 10.1002/cssc.20180119310.1002/cssc.201801193 ↗
42. 10.1016/j.jpowsour.2018.09.06510.1016/j.jpowsour.2018.09.065 ↗
43. 10.1002/aenm.20180315610.1002/aenm.201803156 ↗
44. 10.1016/j.ceramint.2020.06.17310.1016/j.ceramint.2020.06.173 ↗
45. 10.1016/j.ceramint.2020.06.04610.1016/j.ceramint.2020.06.046 ↗
46. 10.1016/j.ijhydene.2020.10.07410.1016/j.ijhydene.2020.10.074 ↗
47. 10.1016/j.jpowsour.2009.08.09010.1016/j.jpowsour.2009.08.090 ↗
48. 10.1016/j.jpowsour.2019.04.03810.1016/j.jpowsour.2019.04.038 ↗
49. 10.1107/s056773947600155110.1107/s0567739476001551 ↗
50. 10.1016/j.jpowsour.2010.03.10010.1016/j.jpowsour.2010.03.100 ↗
51. 10.1039/c5ta06212h10.1039/c5ta06212h ↗
52. 10.1016/j.jallcom.2016.05.32210.1016/j.jallcom.2016.05.322 ↗
53. 10.1021/ac60363a03410.1021/ac60363a034 ↗
54. 10.1016/0368-2048(84)80060-210.1016/0368-2048(84)80060-2 ↗
55. 10.1039/c8ta09913h10.1039/c8ta09913h ↗
56. 10.1002/adma.20150595910.1002/adma.201505959 ↗
57. 10.1016/0378-5963(85)90169-210.1016/0378-5963(85)90169-2 ↗
58. 10.1016/s0167-2738(01)00877-310.1016/s0167-2738(01)00877-3 ↗
59. 10.1021/ja01847a01310.1021/ja01847a013 ↗
60. 10.1023/a:102059952516010.1023/a:1020599525160 ↗
61. 10.1016/j.electacta.2015.09.09710.1016/j.electacta.2015.09.097 ↗
62. 10.1039/d0ta04820h10.1039/d0ta04820h ↗
63. 10.1016/j.electacta.2020.13727410.1016/j.electacta.2020.137274 ↗
64. 10.1016/j.ssi.2011.02.01910.1016/j.ssi.2011.02.019 ↗
65. 10.1007/s40843-020-1531-710.1007/s40843-020-1531-7 ↗
66. 10.1021/acsami.8b1042910.1021/acsami.8b10429 ↗
67. 10.1016/j.ceramint.2020.04.14410.1016/j.ceramint.2020.04.144 ↗
68. 10.1016/j.ssi.2011.10.02510.1016/j.ssi.2011.10.025 ↗
69. 10.1016/j.jpowsour.2010.03.10010.1016/j.jpowsour.2010.03.100 ↗
70. Lü S. · ECS Trans. · 2009 · 25 · 250710.1149/1.3205806 ↗
71. 10.1021/cm902640j10.1021/cm902640j ↗
72. 10.1016/j.jpowsour.2014.09.14710.1016/j.jpowsour.2014.09.147 ↗
73. 10.1103/physrevb.57.1521110.1103/physrevb.57.15211 ↗
74. 10.1016/0167-2738(92)90435-r10.1016/0167-2738(92)90435-r ↗