燃料电极中的气体扩散性对固体氧化物电池在蒸汽/二氧化碳共电解过程中初始耐久性的影响

《ChemSusChem》：Effect of Gas Diffusivity in Fuel Electrode on Initial Durability for Solid Oxide Cells during Steam/CO2 Coelectrolysis

固体氧化物电解池（SOECs）在蒸汽/CO2共电解中因气体扩散过电位导致电流密度-电压曲线斜率增加，燃料电极几何与材料变化影响初始性能，孔隙结构调控气体扩散是关键。

　　

摘要

在蒸汽/二氧化碳（CO₂）共电解过程中，对于固体氧化物电解池（SOECs），由于气体扩散过电位的增加，电流密度-电压曲线的斜率在高电流密度区域往往会增大。气体扩散性对共电解SOECs的初始性能有显著影响。与仅进行蒸汽电解的情况相比，SOECs在共电解过程中的耐用性通常较低；同样，与用于发电的固体氧化物燃料电池相比，其耐用性也较低。本研究探讨了燃料电极中的气体扩散性对H₂O/CO₂ = 2、700°C条件下，具有不同几何结构及采用不同燃料电极材料的微管型SOECs在共电解过程中初始耐用性的影响。通过改变几何结构和材料，观察到那些具有较低极化电阻的电池表现出较好的初始性能，这主要与燃料电极中的气体相关过程有关。然而，对于使用相同燃料电极材料但几何结构不同的电池，其共电解过程中的初始性能下降趋势并未发生变化。材料的变化会导致燃料电极微观结构的变化，例如孔径和孔隙分布的改变，进而影响燃料电极基材中的气体扩散性。此外，研究发现燃料电极的微观结构变化显著影响共电解SOECs的初始耐用性。

图形摘要

在H₂O/CO₂ = 2、700°C的共电解条件下，含有Ni–Gd掺杂氧化铈燃料电极的固体氧化物电解池的电流密度随时间逐渐减小，这是由于气体扩散阻力的增加所致。相比之下，采用Ni–Y稳定氧化锆（Zirconia）作为燃料电极的电池具有小于1微米的小孔隙，这提高了气体扩散性和共电解过程中的初始耐用性。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。