journal article·2024-11Open access

Advances in Advanced In Situ Assembled Composite Electrode Materials for Enhanced Solid Oxide Cell Performance

Yufei Song, Yixiao Song, Yuhao Wang, Yunfeng Tian, Jingwei Li, Meigui Xu, Zongping Shao, Francesco Ciucci

Advanced Functional Materials· Volume 34· Issue 46

Abstract

Abstract Solid oxide cells (SOCs) hold considerable promise as devices for efficient, reversible conversion between chemical and electrical energy, facilitating a global shift toward renewable energy. Electrode performance is critical for SOC efficiency and durability and composite materials are key to developing high‐performance electrode catalysts. However, conventional mechanical mixing and infiltration methods often lead to large particle sizes, uneven distribution, and weak interfacial interactions, thus limiting electrochemical activity and longevity. Recent advancements have produced powerful new strategies for creating composite materials. These include metal exsolution and oxide segregation for fuel electrodes and one‐pot synthesis, segregation, phase reaction, and dynamic cation exchange for air electrodes. These techniques yield highly active, uniform nano‐catalysts and robust multi–phase interfacial contacts, significantly improving electrochemical activity and durability. This work reviews these advanced strategies and their applications in SOCs. It provides valuable insights for designing and optimizing SOC catalyst materials, accelerating the development of this vital energy conversion technology.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Solid Oxide Fuel Cells · Electronic and Structural Properties of Oxides · Magnetic and transport properties of perovskites and related materials

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

Affiliations

Department of Mechanical and Aerospace Engineering The Hong Kong University of Science and Technology Clear Water Bay Hong Kong SAR 999077 P. R. China

State Key Laboratory of Materials‐Oriented Chemical Engineering College of Chemical Engineering Nanjing Tech University Nanjing 210009 China

China University of Mining and Technology Xu Zhou 221116 China

Chair of Electrode Design for Electrochemical Energy Storage Systems University of Bayreuth 95448 Bayreuth Bavaria Germany

Bavarian Center for Battery Technology (BayBatt) University of Bayreuth Universitätsstraße 30 95447 Bayreuth Bavaria Germany

WA School of Mines: Minerals Energy and Chemical Engineering (WASM‐MECE) Curtin University Perth WA 6845 Australia

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1038/s41929-019-0310-y10.1038/s41929-019-0310-y ↗
2. 10.1126/science.aba611810.1126/science.aba6118 ↗
3. 10.1039/D1EE01420J10.1039/D1EE01420J ↗
4. 10.1002/aenm.20150018810.1002/aenm.201500188 ↗
5. 10.1002/aenm.20220188210.1002/aenm.202201882 ↗
6. 10.1021/cr300491e10.1021/cr300491e ↗
7. 10.1002/adma.20170013210.1002/adma.201700132 ↗
8. 10.1038/nmat104010.1038/nmat1040 ↗
9. 10.1016/j.apcata.2007.02.02010.1016/j.apcata.2007.02.020 ↗
10. 10.1149/1.323150010.1149/1.3231500 ↗
11. 10.1126/science.aab398710.1126/science.aab3987 ↗
12. 10.1039/C8EE02865F10.1039/C8EE02865F ↗
13. 10.1016/j.rser.2014.04.04310.1016/j.rser.2014.04.043 ↗
14. 10.1016/j.electacta.2013.10.05310.1016/j.electacta.2013.10.053 ↗
15. 10.1016/j.ssi.2014.02.01210.1016/j.ssi.2014.02.012 ↗
16. 10.1039/c3ee42926a10.1039/c3ee42926a ↗
17. 10.1039/D1TA09450E10.1039/D1TA09450E ↗
18. 10.1038/s41586-018-0082-610.1038/s41586-018-0082-6 ↗
19. 10.1021/acsaem.2c0294910.1021/acsaem.2c02949 ↗
20. 10.1021/acsami.3c0763810.1021/acsami.3c07638 ↗
21. 10.1016/j.pnsc.2023.08.01610.1016/j.pnsc.2023.08.016 ↗
22. 10.1002/smll.20200185910.1002/smll.202001859 ↗
23. 10.1038/ncomms912010.1038/ncomms9120 ↗
24. 10.1016/j.joule.2018.02.00610.1016/j.joule.2018.02.006 ↗
25. 10.1038/s41467-019-08624-010.1038/s41467-019-08624-0 ↗
26. 10.1002/advs.20170033710.1002/advs.201700337 ↗
27. 10.1002/adma.20190697910.1002/adma.201906979 ↗
28. 10.1021/acsami.6b1215710.1021/acsami.6b12157 ↗
29. 10.1021/acscatal.9b0173810.1021/acscatal.9b01738 ↗
30. 10.1038/s41586-021-03264-110.1038/s41586-021-03264-1 ↗
31. 10.1038/nenergy.2016.21410.1038/nenergy.2016.214 ↗
32. 10.1016/j.rser.2012.11.03110.1016/j.rser.2012.11.031 ↗
33. 10.1063/1.513531910.1063/1.5135319 ↗
34. 10.1016/j.jpowsour.2021.23005810.1016/j.jpowsour.2021.230058 ↗
35. 10.1016/j.renene.2018.11.02810.1016/j.renene.2018.11.028 ↗
36. 10.1016/j.seppur.2022.12162710.1016/j.seppur.2022.121627 ↗
37. 10.1007/s41825-020-00029-810.1007/s41825-020-00029-8 ↗
38. 10.1039/D0TA02803G10.1039/D0TA02803G ↗
39. 10.1016/j.ijhydene.2011.05.10310.1016/j.ijhydene.2011.05.103 ↗
40. 10.1039/D1TA08475E10.1039/D1TA08475E ↗
41. Setiawan I. · J. Adv. Res. Fluid Mech. Therm. Sci. · 2021 · 82 · 39
42. 10.1016/j.pnsc.2020.09.00310.1016/j.pnsc.2020.09.003 ↗
43. 10.1016/j.ssi.2019.11513810.1016/j.ssi.2019.115138 ↗
44. 10.1016/j.apenergy.2020.11589910.1016/j.apenergy.2020.115899 ↗
45. 10.1016/j.ssi.2004.06.01510.1016/j.ssi.2004.06.015 ↗
46. 10.1016/j.apcatb.2021.12063110.1016/j.apcatb.2021.120631 ↗
47. 10.1016/S0378-7753(02)00625-010.1016/S0378-7753(02)00625-0 ↗
48. 10.1038/ncomms1399010.1038/ncomms13990 ↗
49. 10.1038/nature0286310.1038/nature02863 ↗
50. 10.1002/anie.20130730510.1002/anie.201307305 ↗
51. 10.1016/j.ceramint.2022.02.27810.1016/j.ceramint.2022.02.278 ↗
52. 10.1016/j.joule.2019.07.00410.1016/j.joule.2019.07.004 ↗
53. 10.1021/acs.energyfuels.0c0237010.1021/acs.energyfuels.0c02370 ↗
54. 10.1149/1945-7111/abab2610.1149/1945-7111/abab26 ↗
55. 10.1039/D1EE01497H10.1039/D1EE01497H ↗
56. 10.1039/D0TA11359J10.1039/D0TA11359J ↗
57. 10.1002/adma.20030576710.1002/adma.200305767 ↗
58. 10.1039/c3ta11399j10.1039/c3ta11399j ↗
59. 10.1039/C5TA01203A10.1039/C5TA01203A ↗
60. 10.1016/j.ijhydene.2007.12.00910.1016/j.ijhydene.2007.12.009 ↗
61. 10.1016/j.rser.2015.05.06910.1016/j.rser.2015.05.069 ↗
62. 10.1016/j.jpowsour.2021.23040910.1016/j.jpowsour.2021.230409 ↗
63. 10.1016/j.electacta.2019.13464210.1016/j.electacta.2019.134642 ↗
64. 10.1016/j.ijhydene.2017.07.23410.1016/j.ijhydene.2017.07.234 ↗
65. 10.1016/j.apenergy.2019.03.03710.1016/j.apenergy.2019.03.037 ↗
66. 10.1016/j.jpowsour.2004.09.02210.1016/j.jpowsour.2004.09.022 ↗
67. 10.1038/s42004-021-00559-210.1038/s42004-021-00559-2 ↗
68. 10.1149/09101.1611ecst10.1149/09101.1611ecst ↗
69. 10.1016/j.apcatb.2022.12107110.1016/j.apcatb.2022.121071 ↗
70. 10.1016/j.jpowsour.2021.23054410.1016/j.jpowsour.2021.230544 ↗
71. 10.1016/j.apenergy.2018.02.00710.1016/j.apenergy.2018.02.007 ↗
72. 10.1002/fuce.20140019610.1002/fuce.201400196 ↗
73. 10.1016/j.jpowsour.2008.06.05810.1016/j.jpowsour.2008.06.058 ↗
74. 10.1016/j.jcou.2019.05.03710.1016/j.jcou.2019.05.037 ↗
75. 10.1016/j.ijhydene.2018.07.12110.1016/j.ijhydene.2018.07.121 ↗
76. 10.1016/j.csite.2022.10186810.1016/j.csite.2022.101868 ↗
77. 10.1016/j.jpowsour.2016.05.13410.1016/j.jpowsour.2016.05.134 ↗
78. 10.1002/fuce.20170001510.1002/fuce.201700015 ↗
79. 10.1016/j.rser.2016.03.00510.1016/j.rser.2016.03.005 ↗
80. 10.1093/ce/zkz02310.1093/ce/zkz023 ↗
81. 10.1016/j.nanoen.2019.05.00610.1016/j.nanoen.2019.05.006 ↗
82. 10.1016/j.jpowsour.2013.09.04310.1016/j.jpowsour.2013.09.043 ↗
83. 10.1016/j.apcatb.2018.05.01710.1016/j.apcatb.2018.05.017 ↗
84. 10.1016/j.ijhydene.2015.11.09210.1016/j.ijhydene.2015.11.092 ↗
85. 10.1016/j.electacta.2014.12.09410.1016/j.electacta.2014.12.094 ↗
86. 10.1063/1.274833210.1063/1.2748332 ↗
87. 10.1016/j.matlet.2016.12.10510.1016/j.matlet.2016.12.105 ↗
88. Zhu Z. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2023 · 15
89. 10.1021/acs.chemrev.6b0028410.1021/acs.chemrev.6b00284 ↗
90. 10.1002/fuce.20060002810.1002/fuce.200600028 ↗
91. 10.1016/j.ceramint.2020.05.06210.1016/j.ceramint.2020.05.062 ↗
92. 10.1021/acsami.8b1187110.1021/acsami.8b11871 ↗
93. 10.1016/j.electacta.2021.13891210.1016/j.electacta.2021.138912 ↗
94. 10.1016/j.apcatb.2010.10.02610.1016/j.apcatb.2010.10.026 ↗
95. 10.1016/j.molcata.2011.09.00710.1016/j.molcata.2011.09.007 ↗
96. 10.1149/1.357014710.1149/1.3570147 ↗
97. 10.1016/j.jpowsour.2013.04.01410.1016/j.jpowsour.2013.04.014 ↗
98. 10.1039/c1ee01758f10.1039/c1ee01758f ↗
99. 10.1149/1.336289610.1149/1.3362896 ↗
100. 10.1149/2.0471501jes10.1149/2.0471501jes ↗