用于硬X射线原位研究的高温电化学电池的设计与调试

《Canadian Journal of Chemistry》：Design and commissioning of a high-temperature electrochemical cell for hard X-ray in operando studies

固体氧化物电池（SOC）兼具燃料电池和电解水制氢模式优势，可将CO?转化为合成气。采用在位X射线吸收光谱技术研究催化剂，解决高温操作难题。新型实验装置在同步辐射光束线成功验证，为优化催化剂提供新方法。

　　

摘要

固体氧化物电池（SOCs）是一种具有广泛应用前景的技术：在燃料电池模式下（SOFC），它们能够高效利用燃料；在电解模式下（SOEC），则可以将能量以燃料的形式储存起来。特别值得关注的是，这种电池可以利用清洁的可再生能源来电解水制取氢燃料，并将燃烧过程中产生的二氧化碳（CO₂）转化为有价值的产品，如合成气（H₂ + CO）。作为闭环可持续能源系统的核心组成部分，我们必须深入理解SOCs中使用的电催化剂，以加速能源转型。原位 X射线吸收光谱（XAS）是一种用于低温电化学电池元素特异性表征的成熟技术，因为它能够提供关于催化剂局部结构和化学性质的信息。然而，原位技术的应用在SOCs研究中面临挑战，因为这些电池的工作条件（包括高温环境）要求非常严格。本文介绍了一种专为在真实工作条件下对电化学电池进行XAS分析而设计的实验装置。该装置适用于任何X射线光束线，并可配置为分别探测燃料电池或电解电池中的燃料电极和空气电极。我们在SXRMB光束线上对该装置进行了调试，成功获得了高温下电池的XAS数据和电化学测量结果。该装置有望揭示SOCs反应机制的新见解，从而有助于更精准地设计高效催化剂。