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Operational Aspects of a Perovskite Chromite-Based Fuel Electrode in Solid Oxide Electrolysis Cells (SOEC)

Amaya-Dueñas, Diana Maria und Riegraf, Matthias und Nenning, Andreas und Opitz, Alexander K. und Costa, Rémi und Friedrich, Kaspar Andreas (2022) Operational Aspects of a Perovskite Chromite-Based Fuel Electrode in Solid Oxide Electrolysis Cells (SOEC). ACS Applied Energy Materials, 5 (7), Seiten 8143-8156. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsaem.2c00680. ISSN 2574-0962.

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1MB

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.2c00680

Kurzfassung

The lanthanum strontium chromite perovskite La0.65Sr0.3Cr0.85Ni0.15O3-δ (L65SCrN) was implemented as fuel electrode in electrolyte-supported cells (ESC). The electrochemical cell performance in steam electrolysis operation with a fuel gas mixture of 80% H2O–20% H2 was demonstrated to be comparable to that of Ni-CGO-based state of the art cells at 860 °C. At 830, 800, and 770 °C, the perovskite fuel electrode exhibited a gain in performance. Lower apparent activation energy barrier values were calculated for the L65SCrN in symmetrical and full cell configurations, in contrast to Ni-CGO fuel electrodes. A reaction model is proposed, where the water-splitting reaction mainly occurs on the oxygen vacancy sites on the L65SCrN surface and where the exsolved metallic Ni nanoparticles assist the catalytic activity of the electrode with hydrogen spillover and H2 desorption. We observed a voltage degradation of ∼48 mV/kh during 1000 h of operation under steam electrolysis conditions at 860 °C close to the thermoneutral voltage. van der Pauw conductivity measurements corroborated this degradation with a decrease of the perovskite’s p-type conductivity, which appeared to be a diffusion-limited phenomenon. Nevertheless, the lower activation energy of the perovskite-based fuel electrode for solid oxide cells (SOCs) is promising for green hydrogen production via steam electrolysis at a reduced temperature (below 860 °C) and without the need of a hydrogen sweep.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187674/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Part of this work received funding from the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) within the Kopernikus Project P2X (Grant n03SFKE20).
Titel:Operational Aspects of a Perovskite Chromite-Based Fuel Electrode in Solid Oxide Electrolysis Cells (SOEC)
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Amaya-Dueñas, Diana MariaDiana.AmayaDuenas (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4188-0062NICHT SPEZIFIZIERT
Riegraf, MatthiasMatthias.Riegraf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0383-2545NICHT SPEZIFIZIERT
Nenning, Andreasandreas.nenning (at) tuwien.ac.athttps://orcid.org/0000-0001-9313-3731NICHT SPEZIFIZIERT
Opitz, Alexander K.alexander.opitz (at) tuwien.ac.athttps://orcid.org/0000-0002-2567-1885NICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémiremi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Juli 2022
Erschienen in:ACS Applied Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:5
DOI:10.1021/acsaem.2c00680
Seitenbereich:Seiten 8143-8156
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Zenyuk, Prof. IrynaZenyuk-office (at) aem.acs.orghttps://orcid.org/0000-0002-1612-0475NICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2574-0962
Status:veröffentlicht
Stichwörter:high-temperature electrolysis solid oxide electrolysis cell green hydrogen fuel electrode perovskite chromite p-type conductivity
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Amaya Duenas, Dr. Diana Maria
Hinterlegt am:07 Okt 2022 11:01
Letzte Änderung:25 Jul 2023 03:00

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