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A-site deficient chromite with in situ Ni exsolution as a fuel electrode for solid oxide cells (SOCs)

Amaya Duenas, Diana Maria und Chen, Guoxing und Weidenkaff, Anke und Metzger-Sata, Noriko und Han, Feng und Biswas, Indro und Costa, Rémi und Friedrich, Kaspar Andreas (2021) A-site deficient chromite with in situ Ni exsolution as a fuel electrode for solid oxide cells (SOCs). Journal of Materials Chemistry A, Seiten 5685-5701. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D0TA07090D. ISSN 2050-7488.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/TA/D0TA07090D#!divAbstract

Kurzfassung

A-site deficient lanthanum strontium chromite perovskite La0.65Sr0.3Cr0.85Ni0.15O3−δ (L65SCrN) decorated by in situ exsolution of Ni nanoparticles was synthesized and implemented as a fuel electrode on a 5 cm × 5 cm electrolyte-supported cell (ESC) for solid oxide cells (SOCs) with an active surface of 16 cm2. The stoichiometric formulation La0.70Sr0.3Cr0.85Ni0.15O3−δ (L70SCrN) was also prepared in order to evaluate the reducibility and behavior towards Ni exsolution with respect to L65SCrN. This comparison was assessed by means of X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA) in a reducing atmosphere. Metallic Ni was successfully detected using XRD on the A-site deficient formulation after TGA treatment. Surface analysis by means of X-ray photoemission spectroscopy (XPS) revealed a relative enrichment in Cr3+. Ni exsolution was investigated on the L65SCrN formulation by annealing in a reducing atmosphere at 500 °C and 900 °C for 3 hours. The Ni nanoparticle size (from ∼8 up to 100 nm) and morphology were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, L65SCrN was screen printed onto a 90 µm thick CGO20-3YSZ-CGO20 electrolyte on which the oxygen electrode La0.58Sr0.4Fe0.8Co0.2O3−δ (LSCF) was printed on the other side. With ideal contacting, the electrochemical cell performance of the L65SCrN fuel electrode was demonstrated to be comparable to those of the state-of-the-art Ni-based cermets: ASRDC_Total at −0.3 A cm−2 was calculated to be 0.676 Ω cm2 in co-electrolysis operation. Reversible operation (rSOC) at 860 °C with a H2O/H2 ratio of 1 could be shown and co-electrolysis operation (H2O/CO2 = 2) at −0.45 A cm−2 and 860 °C with a voltage degradation of less than 3.5 mV/1000 hours could be demonstrated for 950 hours. Even though L65SCrN showed promising results for SOC operation, further investigations of Ni exsolution in doped chromites by varying temperature, time and pO2 are proposed for a detailed understanding and optimization of the Ni nanoparticle size.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143361/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A-site deficient chromite with in situ Ni exsolution as a fuel electrode for solid oxide cells (SOCs)
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Amaya Duenas, Diana MariaDiana.AmayaDuenas (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4188-0062NICHT SPEZIFIZIERT
Chen, GuoxingInstitute of Materials and Earth Sciences Technische Universität DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weidenkaff, AnkeInstitute of Materials and Earth Sciences Technische Universität DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Metzger-Sata, NorikoNoriko.Sata (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3103-2051NICHT SPEZIFIZIERT
Han, FengFeng.Han (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1904-134XNICHT SPEZIFIZIERT
Biswas, IndroIndro.Biswas (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6815-4204NICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémiremi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2021
Erschienen in:Journal of Materials Chemistry A
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1039/D0TA07090D
Seitenbereich:Seiten 5685-5701
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:2050-7488
Status:veröffentlicht
Stichwörter:perovskite, syngas, co-electrolysis, Power-to-X, exsolution
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für chemische Energieträger
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Amaya Duenas, Dr. Diana Maria
Hinterlegt am:08 Okt 2021 12:23
Letzte Änderung:23 Okt 2023 08:42

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