journal article·2020-12-16Open access

Solid–Solid Interfaces in Protonic Ceramic Devices: A Critical Review

Alessandro Chiara, Francesco Giannici, Candida Pipitone, Alessandro Longo, Chiara Aliotta, Marianna Gambino, Antonino Martorana

ACS Applied Materials & Interfaces· Volume 12· Issue 50

Abstract

The literature concerning protonic ceramic devices is critically reviewed focusing the reader's attention on the structure, composition, and phenomena taking place at solid-solid interfaces. These interfaces play a crucial role in the overall device performance, and the relevance of understanding the phenomena taking place at the interfaces for the further improvement of electrochemical protonic ceramic devices is therefore stressed. The grain boundaries and heterostructures in electrolytic membranes, the electrode-electrolyte contacts, and the interfaces within composite anode and cathode materials are all considered, with specific concern to advanced techniques of characterization and to computational modeling by ab initio approaches. An outlook about future developments and improvements highlights the necessity of a deeper insight into the advanced analysis of what happens at the solid-solid interfaces and of in situ/operando investigations that are presently sporadic in the literature on protonic ceramic devices.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Solid Oxide Fuel Cells · Electronic and Structural Properties of Oxides · Thermal Expansion and Ionic Conductivity

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Dipartimento di Fisica e Chimica, Università di Palermo, viale delle Scienze, I-90128 Palermo, Italy

Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN)-CNR, UOS Palermo, Via Ugo La Malfa, 153, 90146 Palermo, Italy

European Synchrotron Radiation Facility, 71, avenue des Martyrs, Grenoble, F-38000, France

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1146/annurev.matsci.33.022802.09182510.1146/annurev.matsci.33.022802.091825 ↗
2. 10.1039/C4CS00194J10.1039/C4CS00194J ↗
3. 10.1016/j.elecom.2018.09.00110.1016/j.elecom.2018.09.001 ↗
4. 10.1002/aenm.20180131510.1002/aenm.201801315 ↗
5. 10.1016/j.jpowsour.2020.22781210.1016/j.jpowsour.2020.227812 ↗
6. 10.1016/j.ijhydene.2020.01.01410.1016/j.ijhydene.2020.01.014 ↗
7. 10.1016/j.ijhydene.2014.12.10110.1016/j.ijhydene.2014.12.101 ↗
8. 10.1149/09101.2713ecst10.1149/09101.2713ecst ↗
9. 10.1002/adfm.20190380510.1002/adfm.201903805 ↗
10. 10.1016/j.ijhydene.2019.08.13010.1016/j.ijhydene.2019.08.130 ↗
11. 10.1038/s41560-019-0333-210.1038/s41560-019-0333-2 ↗
12. 10.1039/b902343g10.1039/b902343g ↗
13. 10.1002/adma.20110310210.1002/adma.201103102 ↗
14. 10.1016/j.rser.2019.04.04210.1016/j.rser.2019.04.042 ↗
15. 10.1063/1.513531910.1063/1.5135319 ↗
16. 10.1002/adfm.20180124110.1002/adfm.201801241 ↗
17. 10.1039/C9TA02449B10.1039/C9TA02449B ↗
18. 10.1002/smll.20180123110.1002/smll.201801231 ↗
19. 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.02210.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.022 ↗
20. 10.1016/j.joule.2019.07.00410.1016/j.joule.2019.07.004 ↗
21. 10.1021/acsami.7b0485610.1021/acsami.7b04856 ↗
22. 10.1021/acs.chemmater.7b0282910.1021/acs.chemmater.7b02829 ↗
23. 10.1016/j.pmatsci.2017.04.00910.1016/j.pmatsci.2017.04.009 ↗
24. 10.1016/j.coelec.2020.03.01710.1016/j.coelec.2020.03.017 ↗
25. 10.1016/j.elecom.2020.10667210.1016/j.elecom.2020.106672 ↗
26. 10.1039/C9EE02230A10.1039/C9EE02230A ↗
27. 10.1038/s41578-019-0157-510.1038/s41578-019-0157-5 ↗
28. 10.1016/j.joule.2018.07.00910.1016/j.joule.2018.07.009 ↗
29. 10.1038/nmat151310.1038/nmat1513 ↗
30. 10.1016/j.ssi.2010.01.01410.1016/j.ssi.2010.01.014 ↗
31. 10.1039/c0jm00443j10.1039/c0jm00443j ↗
32. 10.1039/c1jm12685g10.1039/c1jm12685g ↗
33. 10.1039/c0jm03353g10.1039/c0jm03353g ↗
34. 10.1016/j.ssi.2013.11.03210.1016/j.ssi.2013.11.032 ↗
35. 10.1021/acsami.8b1957610.1021/acsami.8b19576 ↗
36. 10.1007/s11581-019-03199-810.1007/s11581-019-03199-8 ↗
37. 10.1021/acs.nanolett.6b0291810.1021/acs.nanolett.6b02918 ↗
38. 10.1111/jace.1701410.1111/jace.17014 ↗
39. 10.1038/nmat159110.1038/nmat1591 ↗
40. 10.1016/j.electacta.2017.12.03010.1016/j.electacta.2017.12.030 ↗
41. 10.1021/acs.chemmater.5b0014210.1021/acs.chemmater.5b00142 ↗
42. 10.1016/j.jpowsour.2015.02.02710.1016/j.jpowsour.2015.02.027 ↗
43. 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.11.00910.1016/j.jeurceramsoc.2014.11.009 ↗
44. 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.11.01010.1016/j.jeurceramsoc.2014.11.010 ↗
45. 10.1557/mrs.2014.17010.1557/mrs.2014.170 ↗
46. 10.1007/s10973-019-08208-610.1007/s10973-019-08208-6 ↗
47. 10.1063/1.270975810.1063/1.2709758 ↗
48. 10.1007/s10853-014-8129-z10.1007/s10853-014-8129-z ↗
49. 10.1016/j.ssi.2011.09.00610.1016/j.ssi.2011.09.006 ↗
50. 10.1149/2.064204jes10.1149/2.064204jes ↗
51. 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.05.01110.1016/j.jeurceramsoc.2017.05.011 ↗
52. 10.1111/jace.1700310.1111/jace.17003 ↗
53. 10.1002/fuce.20120007110.1002/fuce.201200071 ↗
54. 10.1016/j.ssi.2012.07.00110.1016/j.ssi.2012.07.001 ↗
55. 10.1016/j.ssi.2013.04.00810.1016/j.ssi.2013.04.008 ↗
56. 10.1039/C8CP00168E10.1039/C8CP00168E ↗
57. 10.1002/adma.20050209810.1002/adma.200502098 ↗
58. 10.1016/j.jpowsour.2018.07.08710.1016/j.jpowsour.2018.07.087 ↗
59. 10.1111/jace.1588110.1111/jace.15881 ↗
60. 10.1016/j.ijhydene.2019.07.09710.1016/j.ijhydene.2019.07.097 ↗
61. 10.1002/cssc.20180183710.1002/cssc.201801837 ↗
62. 10.1016/j.ssi.2010.02.00810.1016/j.ssi.2010.02.008 ↗
63. 10.1016/j.ssi.2020.11525610.1016/j.ssi.2020.115256 ↗
64. 10.1039/C4TA01689K10.1039/C4TA01689K ↗
65. 10.1111/jace.1674810.1111/jace.16748 ↗
66. 10.1016/j.ceramint.2017.11.08110.1016/j.ceramint.2017.11.081 ↗
67. 10.1038/s41560-018-0230-010.1038/s41560-018-0230-0 ↗
68. 10.1021/acsami.8b1540210.1021/acsami.8b15402 ↗
69. 10.1038/nmat283710.1038/nmat2837 ↗
70. 10.1038/ncomms1455310.1038/ncomms14553 ↗
71. 10.1021/acs.nanolett.7b0465510.1021/acs.nanolett.7b04655 ↗
72. 10.1016/j.ssi.2016.10.01010.1016/j.ssi.2016.10.010 ↗
73. 10.1021/acs.jpcc.9b0629610.1021/acs.jpcc.9b06296 ↗
74. 10.1021/acs.nanolett.5b0069810.1021/acs.nanolett.5b00698 ↗
75. 10.1021/acs.jpcc.6b0196310.1021/acs.jpcc.6b01963 ↗
76. 10.1021/acsaem.9b0228710.1021/acsaem.9b02287 ↗
77. 10.1063/1.486702010.1063/1.4867020 ↗
78. 10.1002/pssb.20180021710.1002/pssb.201800217 ↗
79. 10.1103/PhysRevMaterials.3.10360610.1103/PhysRevMaterials.3.103606 ↗
80. 10.1016/j.jpowsour.2013.05.13710.1016/j.jpowsour.2013.05.137 ↗
81. 10.1038/ncomms958810.1038/ncomms9588 ↗
82. 10.1063/1.509920410.1063/1.5099204 ↗
83. 10.1021/acsami.6b0051210.1021/acsami.6b00512 ↗
84. 10.1039/C5TA10670B10.1039/C5TA10670B ↗
85. 10.1016/j.ssi.2019.11518910.1016/j.ssi.2019.115189 ↗
86. 10.1016/j.ceramint.2019.08.25610.1016/j.ceramint.2019.08.256 ↗
87. 10.1021/cm101508w10.1021/cm101508w ↗
88. 10.1038/nchem.177310.1038/nchem.1773 ↗
89. 10.1038/ncomms912010.1038/ncomms9120 ↗
90. 10.1021/acsnano.9b0565210.1021/acsnano.9b05652 ↗
91. 10.1038/s41586-018-0082-610.1038/s41586-018-0082-6 ↗
92. 10.1021/acscatal.9b0540910.1021/acscatal.9b05409 ↗
93. 10.1002/aenm.20190369310.1002/aenm.201903693 ↗
94. 10.1002/fuce.20070004510.1002/fuce.200700045 ↗
95. 10.1016/j.jpowsour.2012.02.09010.1016/j.jpowsour.2012.02.090 ↗
96. 10.1149/05701.1289ecst10.1149/05701.1289ecst ↗
97. 10.1016/j.ijhydene.2014.04.10610.1016/j.ijhydene.2014.04.106 ↗
98. 10.1016/j.ssi.2018.01.01510.1016/j.ssi.2018.01.015 ↗
99. 10.1149/09101.2669ecst10.1149/09101.2669ecst ↗
100. 10.1007/s10973-019-08082-210.1007/s10973-019-08082-2 ↗