A high-performance cobalt-free cathode for proton-conducting solid oxide fuel cells via multi-element doping in Sr2Fe2O6
University of South China（南华大学）；S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（纳兹尔科学院 S.U. 乌马罗夫物理技术研究所）；Yancheng Institute of Technology（盐城工学院）
本研究通过多元素掺杂制备了高性能无钴阴极材料SFO-ZSSM，显著提升了质子导电SOFCs的性能和稳定性。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Crystal structure, cobalt and iron speciation and oxygen non-stoichiometry of La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-d nanorods for IT-SOFC cathodes
Pontificia Universidad Javeriana（波哥大耶稣会天主教大学）；Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de Energía Atómica（康塞普西翁原子中心，国家原子能委员会）；Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN), CNEA-CONICET（纳米科学与技术研究所，国家原子能委员会-国家科学研究和技术研究委员会）；CONICET / Laboratorio de Cristalografía Aplicada, Escuela de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Gral. San Martín（国家科学研究和技术研究委员会/应用晶体学实验室，科学与科技学院，圣马丁国立大学）；CNPEM, Laboratório Nacional de Luz Síncrotron（巴西纳米技术国家研究中心，同步光国家实验室）；Instituto de Física, Universidade de São Paulo（物理研究所，圣保罗大学）
研究了La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3-d纳米棒的化学组成、晶体结构和电子结构，发现钴氧化态低于铁，导致钴富集样品的氧非化学计量比更高，且纳米结构材料的d值显著高于传统材料。
2019-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Yttrium Doping on Oxygen Conductivity in Ba(Fe, Co, Zr, Y)O_{3-δ} Cathode Materials for Proton Ceramic Fuel Cells
University of Wisconsin – Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Clemson University（克莱姆森大学）；National Energy Technology Laboratory, United States Department of Energy（美国能源部国家能源技术实验室）
针对质子陶瓷燃料电池阴极氧还原反应动力学慢的问题，研究了钇掺杂对Ba(Fe,Co,Zr,Y)O_{3-δ}钙钛矿材料氧导电性的影响，明确了钇掺杂的作用并提出串联电路模型，为优化阴极性能提供依据。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of structural, electrical and electrochemical properties of La0.6Sr0.4Fe0.8Mn0.2O3-δ as an intermediate temperature solid oxide fuel cell cathode
采用溶胶-凝胶法合成了La0.6Sr0.4Fe0.8Mn0.2O3（LSFM）化合物，并将其作为中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）的阴极材料。X射线衍射（XRD）分析表明，LSFM具有R-3c空间群对称的菱面体结构。XRD图谱显示在600、700和800 ℃下烧结一周的LSFM和Y2 O3稳定的ZrO 2（YSZ）混合物粉末中存在非常少量的杂质相。LSFM在783 ℃空气中的最大电导率为35.35 S·cm ~（-1）。氧化学扩散系数DChem从1.39*10-6增加到7.66*10- 6.cm 2。在600-800 ℃温度范围内，氧表面交换系数kChem在2.9 × 10 ~（-3）~ 8.7 × 10 ~（-3）cm·s ~（-1）之间。LSFM对称电池在600、650、700、750和800 ℃下的面积比电阻（ASR）分别为7.53、1.53、1.13、0.46和0.31.cm 2，相关激活能Ea约为1.23 eV。
2019-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Functional thin films as cathode/electrolyte interlayers: a strategy to enhance the performance and durability of solid oxide fuel cells
诸如固体氧化物燃料电池（SOFC）的电化学装置可以极大地受益于纳米工程化薄膜多功能层的实施，该纳米工程化薄膜多功能层除了提供增强的电化学活性之外，还提供改善的机械和长期稳定性。采用脉冲激光沉积法制备了Sm 0. 2Ce 0. 8 O 1. 9-La 0. 8 Sr 0. 2 MnO 3- $δ$自组装纳米复合材料，并将其作为阳极支撑固体氧化物燃料电池的功能氧电极.在电池结构中引入功能性双层导致用于制造高性能燃料电池（在0.7 V和750 $^\circ$ C下功率密度为1.0 W.cm-2）的简单加工技术。耐久性测试进行了长达1500小时，显示在极端的操作条件下的1 A.cm-2的小降解，而在0.5 A.cm-2的稳定行为。测试后的分析，包括扫描和透射电子显微镜和电化学阻抗谱，表明纳米工程薄膜层保持大部分操作后的形态稳定。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Boron-Doped Graphene As Active Electrocatalyst For Oxygen Reduction Reaction At A Fuel-Cell Cathode
据报道，硼掺杂的石墨烯是用于在0.035 V的起始电位下工作的氧还原反应（ORR）的最佳非金属掺杂的石墨烯电催化剂[JACS 136（2014）4394]。在本DFT研究中，沿着可能的反应途径的中间体和过渡结构被确定。讨论了Langmuir-Hinschelwood和Eley-Rideal机理。分子氧结合带正电荷的B原子并形成开放壳端对双氧中间体。相对于解离路径，关联路径更受青睐。采用Nørskov和co. [JPC B 108（2004）17886]的方法，在酸性和碱性条件下研究了四个还原步骤的自由能图。根据Pourbaix图分析了pH对还原中间体稳定性的影响。在pH = 14时，我们计算出U = 0.05 V的电化学ORR的起始电位值，这与碱性条件下的实验值非常吻合。
2016-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen Peroxide Formation Rates in a PEMFC Anode and Cathode: Effect of Humidity and Temperature
通过研究旋转环盘电极（RRDE）上的氧还原反应（ORR），估算了质子交换膜（PEM）燃料电池阳极和阴极中过氧化氢（H2 O2）的生成速率与湿度和温度的关系。燃料电池条件通过在盘上沉积Pt/Vulcan XC-72催化剂的膜并通过改变温度、溶解的O2浓度和盐酸（HClO 4）中的酸度水平来复制。HClO 4酸度与离聚物水活性相关，因此与燃料电池湿度相关。H_2O_2的生成速率与氧浓度呈线性关系，与水活度呈平方关系。ORR中的H2 O2选择性与氧浓度无关，但随着水活度的降低而增加（即，湿度降低）。从不同温度下获得的数据估计的H2 O2形成反应的潜在依赖的活化能。
2020-02-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coupling Thermal Integration of a Solid Oxide Fuel Cell with a Magnesium Metal Hydride Tank
本文模拟和研究了圆柱形镁金属氢化物贮箱在700 ℃下与运行中的固体氧化物燃料电池（SOFC）热耦合时的脱氢行为。利用三维验证数学模型，模拟了氢从圆柱形镁氢化物储罐中的解吸过程。四个场景进行了模拟：一个基本情况下，其中的热源解吸过程是一个外部加热器周围的坦克。第二种情况检查的辐射热传递的影响，从固体氧化物燃料电池的金属氢化物作为一个可能的热源的解吸过程。第三种方案使用来自SOFC阴极的废气作为被驱动到氢化物的热源，第四种方案是来自SOFC阴极的废气和外部加热器两者的组合作为用于解吸的热源。结果表明，采用外加热器和排气热结合的方式，可以使燃料电池的温度分布均匀，提高了脱附能力。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Mass Transport Phenomena in a MCFC Cathode
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种以天然气为燃料、采用熔盐电解质的电化学能量转换技术。为了保持电解质处于这种状态，电池必须保持在500 ℃以上的温度，从而消除了对贵金属作为催化剂的需要。对该设备内部的传输过程进行建模的研究数量有限，主要是由于其对移动应用的适用性有限。在这项工作中，三个一维模型的MCFC阴极的不同类型的扩散和对流的基础上。模型之间进行比较，以评估其有效性。关于离子传输，它示出，存在一个限制的情况下，离子迁移跨阴极，取决于电导率的液体电位。最后，在阴极上的扩散率的优化进行了尝试，以增加电池的性能和寿命。
2009-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Route to High-Performance Micro-solid Oxide Fuel Cells on Metallic Substrates
基于薄膜的微固体氧化物燃料电池在便携式功率器件中具有很强的应用潜力。然而，基于硅衬底的器件通常涉及在高温下不稳定的薄膜金属电极。基于块体金属衬底的器件克服了这些限制，尽管性能受到在金属上生长最先进的外延材料的挑战的阻碍。在这里，我们首次展示了在商业上供应有外延电解质层（1.5 μ m（Y2 O3）0.15（ZrO 2）0.85（YSZ）+ 50 nm CeO 2）的金属衬底（不锈钢）上外延阴极材料的生长。我们创建外延介孔阴极（La0.60Sr0.40）0.95Co0.20Fe0.80O3（LSCF）的衬底上生长LSCF/MgO垂直排列的纳米复合薄膜，通过脉冲激光沉积，然后选择性地蚀刻出的MgO。为了与文献进行有效的比较，阴极也生长在单晶衬底上，确认了最先进的性能，在500 dC下的面积比电阻为100 ohmegacm 2，活化能低至0.97 eV。这项工作标志着高性能微型固体氧化物燃料电池在便携式电源应用中的商业化迈出了重要一步。
2021-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A brief review of high-entropy oxides in solid oxide fuel cell applications
University of South China（南华大学）；S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（塔吉克斯坦国家科学院 S.U. 乌马罗夫物理技术研究所）；Yancheng Institute of Technology（盐城工学院）
本文综述了高熵氧化物在固体氧化物燃料电池中的应用，探讨了其在阴极、电解质和阳极中的进展，分析了挑战并提出了设计高性能材料的指导。
2026-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Porous nanostructured metal oxides synthesized through atomic layer deposition on a carbonaceous template followed by calcination
具有纳米尺寸特征的多孔金属氧化物由于其高的表面积而引起了近几十年来的广泛关注，这对于许多应用是必不可少的，例如锂离子电池、光催化剂、燃料电池和染料敏化太阳能电池。迄今为止，人们研究了多种方法来合成多孔纳米结构的金属氧化物，包括自组装和模板辅助合成。对于后一种方法，森林的碳纳米管被认为是特别有前途的模板，就其一维性质和所得的高表面积。在这项工作中，我们系统地研究了形成多孔金属氧化物（Al 2 O3，TiO 2，V2 O 5和ZnO）具有不同的形貌使用原子层沉积在多壁碳纳米管，然后通过沉积后煅烧。X-射线衍射，扫描电子显微镜伴随X-射线能量色散谱和透射电子显微镜被用于在煅烧过程中的微观和纳米尺度的形态和结构转变的调查。金属氧化物的晶化温度、表面覆盖率和碳纳米管的氧化温度对最终形貌有显著影响。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
In-phase current and temperature oscillations reduce PEM fuel cell resistivity: A modeling study
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Institute of Energy and Climate Research（能源与气候研究所）
本文通过非等温分析模型研究了相位电流和温度振荡对质子交换膜燃料电池阴极催化剂层阻抗的影响，发现振荡可降低电阻率和质子传输损失。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Informatics-Driven Selection of Polymers for Fuel-Cell Applications
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Toyota Research Institute（丰田研究院）
现代燃料电池技术使用Nafion作为质子交换膜（PEM）的选择材料和粘合材料（离聚物），用于组装阳极和阴极的催化剂层。这些应用需要高质子传导性以及其他要求。例如，PEM预期阻止电子、氧和氢渗透和扩散，而阳极/阴极离聚物应允许氢/氧容易地移动，使得它们可以到达催化剂纳米颗粒。鉴于Nafion的一些众所周知的限制，例如低玻璃化转变温度，社区正在积极寻找Nafion的替代品。在这项工作中，我们提出了一个基于信息学的方案来搜索大型聚合物化学空间，其中包括建立目标应用所需的属性列表，为这些属性开发预测机器学习模型，定义搜索空间，并使用开发的模型来筛选搜索空间。使用该方案，我们已经确定了60种用于PEM、阳极离聚物和阴极离聚物的新聚合物候选物，我们希望这些聚合物将被推进到下一步，即，通过综合和测试验证设计。所提出的信息学方案是通用的，并且可以用于选择聚合物用于未来的多种应用。
2022-12-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Operando analysis of a solid oxide fuel cell by environmental transmission electron microscopy
本文利用原位工况环境透射电子显微镜结合加热偏置微机电系统，在单室构型下直接关联SOFC的环境条件、电池电压与原子尺度微观结构演变，揭示了阳极氧化态和形貌对电学性能的影响。
2023-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d Fuel Cell Electrodes
LSCF是一种很有前途的SOFC阴极材料。了解其微观结构特征是至关重要的，因为它们主要决定了多孔阴极的性能和耐久性，因此SOFC。到目前为止，很少有工作已经报道了其力学性能及其与3D微观结构的相关性。本研究的主要目的是通过实验和数值方法研究薄膜和体样品的力学性能，并评估微结构参数的影响。室温下的机械性能进行了研究，纳米压痕。在900 ~ 1200 ℃烧结后，随着孔隙率从0.45降低到0.05，块体样品的弹性模量从33.8增加到174.3GPa，硬度从0.64增加到5.32GPa。结果表明，可靠的测量薄膜的真实性能得到提供的影响，从表面粗糙度和基板被最小化到忽略的水平在一定范围内的压痕深度膜厚比。大块LSCF的断裂韧性被确定为从0.51增加到0.99 MPam0.5。薄膜的微观结构，其特征在于使用FIB-SEM切片和视图技术和实际的三维微观结构模型的多孔膜重建的基础上获得的断层数据。有限元建模的弹性模量同意与纳米压痕的结果。采用元胞自动机方法对孔隙率不变的三维微观结构进行数值修正，以评价孔隙率以外的因素对弹性模量的影响。结果发现，孔隙结构的不均匀性对使用机械模拟计算的弹性性能有显着的影响。
2015-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Distribution of Relaxation Times analysis of evolution of Oxygen Reduction Pathways for ionic conductor infiltration on MIEC cathode
Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；Dankook University（檀国大学）；King Fahd University of Petroleum & Minerals（法赫德国王石油与矿产大学）
本研究采用弛豫时间分布（DRT）分析，探究SDC浸润STF阴极对SOFC氧还原反应的调控，实现过程解卷积，800℃时极化电阻低至0.04 Ω·cm²，为高性能空气电极设计提供依据。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical and Experimental Investigations of High-Performance Sr2CoNbO6-delta Double Perovskite for IT-SOFC Cathode Applications
本研究通过理论计算与实验结合，证实双钙钛矿Sr2CoNbO6-delta具有高氧空位浓度和表面稳定性，作为中温固体氧化物燃料电池阴极展现出优异性能，峰值功率密度达0.633 W/cm2。
2025-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Importance of Catalyst Stability vis-à-vis Hydrogen Peroxide Formation Rates in PEM Fuel Cell Electrodes
研究了Pt、Pt二元（PtX，X = Co，Ru，Rh，V，Ni）和三元（PtCoX，X = Ir，Rh）催化剂在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中催化剂稳定性对过氧化氢（H2 O2）生成速率的不利影响。在旋转环盘电极上测量这些催化剂在氧还原反应（ORR）中对H2 O2形成的选择性。这些测量值与局部氧和质子浓度结合使用，以估计PEMFC阳极和阴极中的局部H2 O2形成速率。使用具有内置参比电极的单面膜电极组件（MEA）研究了H2 O2形成速率对这些催化剂（PtCo和PtIrCo）中最活跃和最耐用的催化剂对Nafion膜耐久性的影响。出水氟离子浓度被用作膜降解速率的指标。PtIrCo具有最小的氟释放速率（FER），其次是PtCo/KB和Pt/KB。虽然PtCo和PtIrCo表现出更高的选择性H2 O2的形成比纯铂，他们没有贡献膜降解。该结果是根据在液体电解质中以及在功能性PEM燃料电池中的电势循环测试中测量的催化剂稳定性来解释的。
2013-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Mathematical Model of a Direct Methanol Fuel Cell
建立了直接甲醇燃料电池（DMFC）的一维等温模型。该模型解释了阳极处的多步甲醇氧化反应的动力学。模型中考虑了甲醇的扩散和渗透，并考虑了甲醇渗透引起的氧阴极混合电位。动力学和扩散参数估计通过比较模型的数据从25平方厘米的DMFC。这种半解析模型可以快速求解，因此适合于包含在实时系统级DMFC模拟中。
2020-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Three-dimensional printed Yttria-stabilized Zirconia self-supported electrolytes for Solid Oxide Fuel Cell applications
增材制造代表了一场革命，因为它具有近净形状的自由成形制造的独特能力，大大减少了废料和资本成本。这些不公平的优势尤其与先进陶瓷的昂贵和高能耗的制造工艺相关，例如氧化钇稳定的氧化锆，固体氧化物燃料电池应用中的最先进的电解质。在这项研究中，自支撑电解质的氧化钇稳定氧化锆已打印使用立体光刻三维打印机。印刷电解质和完整的电池制造的镧锶锰酸盐和氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆复合材料，分别与阴极和阳极层，电化学表征显示出完整的功能。此外，更复杂的配置的电解质已被打印产生的性能完全基于几何方面的增加。作为补充，已经开发并验证了一个数值模型，作为设计更先进配置的预测工具，这些配置将在未来实现高性能和完全定制的设备
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-entropy perovskites, architectured by s0/d0/d10 cations, as novel electrolytes for solid oxide fuel cells
WPI, International Institute for Carbon Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学）；Department of Automotive Science, Graduate School of Integrated Frontier Sciences, Kyushu University（九州大学）；Graduate School of Engineering, Kyushu University（九州大学）；Center for Energy System Design (CESD), International Institute for Carbon Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学）
研究引入三种高熵氧化物钙钛矿作固体氧化物燃料电池新型电解质材料，经特定烧结方法合成并用于电池制作。具有s0/d0/d10阳离子的材料性能最佳，证明此类高熵钙钛矿对质子固体氧化物燃料电池的重要性。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Specific Cation Diffusion across the (La,Sr)MnO3 (Ce,Gd)O2 interface in SOFCs
氧化物界面对纳米结构材料的物理和化学性质，如离子导电性、超导性和磁性，起着非常重要的作用。在燃料电池中，氧化钆掺杂的氧化铈（GDC）通常被选择作为（La，Sr）MnO 3和Y 2 O3稳定的ZrO 2之间的中间层。在原子分辨率下仔细研究了氧化物夹层的化学膨胀，以了解界面处的阳离子扩散和氧缺陷的存在。
2017-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Revealing timescale-dependent oxygen vacancy distributions in solid oxide fuel cell electrodes using frequency-resolved X-ray absorption (FR-XAS)
电化学能量转换材料的开发需要深入了解亚微米长度尺度下控制化学和物理速率的因素。许多工作者已经寻求开发针对这些长度尺度的化学敏感的原位或操作成像技术。然而，目前的方法集中在稳态或逐步响应。为了探测电极过程的空间和时间，我们已经开发了一种频率分辨的实施X射线吸收成像（FR-XAS），可以测量局部电化学反应在operando在全球正弦阻抗测量。频率分辨一维图像的氧空位分布在薄膜SOFC阴极材料（$La_{1-x}Sr_xCoO_{3- δ}$）揭示，第一次实验，与Warburg和Gerischer阻抗的缺陷浓度。这些图像的分析允许直接提取扩散和动力学速率参数，独立于全局阻抗。
2022-03-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Oxygen Reduction Reaction: Rapid Prediction of Mass Activity of Unstrained Nanostructured Platinum Electrocatalysts
定制的Pt纳米颗粒催化剂是加速燃料电池中氧还原反应（ORR）的有希望的候选者。然而，活性纳米颗粒催化剂的研究受到实验合成和测量的艰苦努力的阻碍。另一方面，基于DFT的方法仍然是耗时的，并且通常效率不高。在这项研究中，我们介绍了一个计算模型，使快速计算无应变纯Pt纳米粒子电催化剂的催化活性。计算模型的通用设置是基于DFT结果和实验数据在过去的约20年中获得的全球范围内，而重要的是，计算模型免除DFT计算在运行时。与理论方法相比，这实现了可行的和急剧减少的计算工作，其中DFT计算必须单独针对每个纳米颗粒执行。关于Pt纳米颗粒的颗粒尺寸的影响，从以前的研究实验催化质量活动准确地再现了我们的计算模型。在颗粒尺寸效应的参数空间上，这项研究使预测超出了现有的实验：我们的计算模型确定了质量活动的潜在增强，比实验检测到的最大值高出190%。重要的是，通过我们的计算模型实现的快速活性计算可以为广泛的纳米颗粒筛选铺平道路，以加快寻找改进的电催化剂。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Manganese oxide nano flakes onto simultaneously activated defective CNTs for the creation of CNTs-graphene supported oxygen reduction composite catalysts applied in air fuel cell
非贵金属氧化物与经济炭材料的合理组合是创造高性能空气电极材料的关键。在稀H $_2$ SO $_4$中，通过取消常规水热处理或添加表面活性剂模板剂，将商品化的碳纳米管（CNTs）与MnO $_4^-$反应，制备了CNTs负载的锰氧化物复合催化剂（CMnCs）。然后将CMnC组装成装备在金属空气燃料电池中的商用空气阴极。碳纳米管表现出结构上的缺陷。在合成过程中，外部CNT壁破裂成石墨烯纳米片，但仍保持部分附着于内部碳管。石墨烯平面的这种暴露表现出额外的氧还原反应性。在碳纳米管表面均匀生长了纳米级的氧化锰薄片（γ-MnOOH）。其沉积密度与KMnO $_4$对CNTs的添加量密切相关。在相同条件下，单独的CMnCs的ORR活性超过了原料CNT和合格的市场催化剂，并且在当前的生产工艺下，CMnCs添加的空气燃料电池能够在100 mA/cm $^2$下输出约15%以上的功率。
2017-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Holistic Multi-scale Imaging of Oxygen Reduction Reaction Catalyst Degradation in Operational Fuel Cells
低温氢燃料电池系统是氢经济的关键部分，其广泛推广受到铂阴极催化剂劣化的阻碍。在这里，我们提供了一个设备级的分子尺度催化剂降解现象的评估，使用先进的operando X射线散射断层扫描设备规模的成像量身定制。每个电池组件，包括催化剂，碳载体，聚合物电解质和液态水可以同时映射，允许深入的相关分析。在运行的燃料电池内部形成的化学和热梯度产生催化剂纳米结构的高度非均匀降解，这可以与电池材料中的流场和水分布的宏观尺度设计相关联。催化剂降解的显着差异之间观察到操作燃料电池设备和液体电池常规用于催化剂稳定性研究，突出了很少研究，但关键的影响，复杂的操作环境的催化剂降解现象。这种降解知识的差距突出了多模式的真实设备的原位表征的必要性时，评估电催化剂的性能和耐久性。
2020-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Controlled doping of electrocatalysts through engineering impurities
燃料电池将水从H2和O2中重新组合，从而为例如汽车或房屋提供动力，而没有直接的碳排放。在阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）中，为了达到高功率密度，在高pH下操作是在阴极处使用大量贵金属催化剂的替代方案，在阴极处发生氧还原反应。然而，缓慢的氢氧化反应（HOR）的动力学阻碍放大，尽管有前途的催化剂。在这里，我们观察到一个意想不到的进入的B到Pd纳米催化剂合成的湿化学，获得控制这种B掺杂，并报告其在碱性条件下的HOR活性的影响。我们合理化我们的研究结果，使用从头计算的H-和OH-吸附在B-掺杂的Pd。使用这种“杂质工程”方法，我们因此设计了电化学能量转换装置（例如下一代AEMFC）中所需的无Pt催化剂，其满足经济和环境约束，即合理的运行成本和长期稳定性，以实现氢经济。
2022-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Reduction Activity of Carbon Nitride Supported on Carbon Nanotubes
燃料电池提供了燃烧化石燃料的替代方案，但使用铂作为催化剂，其昂贵且稀缺。廉价的替代催化剂可以使燃料电池成为绿色能源领域的有力竞争者。一类有前途的电化学氧还原催化剂是含铁的纳米结构氮掺杂碳。这些年来，这种N掺杂碳的催化活性大大提高，使工业应用更加接近。化学计量的氮化碳粉末仅在最近几年才被观察到。它的氮含量高达57%，因此是一种非常有趣的材料。氮化碳的电化学活性已经被探索，证实铁不是4电子氧还原的必要成分。在这里，我们在碳纳米管载体上合成氮化碳，并对其进行高温处理，以增加表面积和导电性。研究结果揭示了氧还原的机理，并显示了碳纳米管负载的氮化碳作为催化剂在燃料电池中替代铂的潜力。
2012-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Toward in-situ/operando X-ray absorption spectroscopy and electrochemical characterization of solid oxide fuel cells
LNLS/CNPEM（巴西国家同步光光源实验室/巴西国家能源与材料研究中心）；CAB（阿根廷科学院）；UNSAM（阿根廷国家科学技术研究委员会）；UNA（巴拉圭国立大学）；USP（圣保罗大学）；UNESP（圣保罗州立大学）；Ilum（伊卢姆公司）；UdelaR（乌拉圭共和国大学）；Unicamp（坎皮纳斯州立大学）
开发与同步辐射兼容的专用实验装置，结合荧光X射线吸收光谱和电化学阻抗谱，在高温和不同气氛下原位表征对称中温固体氧化物燃料电池。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Pt-Decorated PdCo@Pd/C Core-Shell Nanoparticles with Enhanced Stability and Electrocatalytic Activity for Oxygen Reduction Reaction
利用吸附物诱导的表面分凝效应，发展了一种简单的制备碳负载PdCo@Pd核壳纳米粒子的方法。通过自发置换反应沉积少量Pt，提高了PdCo@Pd纳米粒子的稳定性和对氧还原的电催化活性。本文所述的简易方法适用于大规模低成本生产，并显著降低Pt负载量，从而降低成本。所制备的PdCo@Pd和Pd修饰的PdCo@Pd纳米催化剂与Pt/C相比具有更高的甲醇耐受性，并且是用于燃料电池应用的有希望的阴极催化剂。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of condense and thin YSZ electrolyte layer using novel thermal-assisted slurry spin coating method for IT-SOFC
介绍了一种简单的旋涂法在NiO-YSZ阳极基底上制备用于固体氧化物燃料电池的YSZ电解质层。在浆料旋涂工艺期间加热基板增强了穿过层的受影响区域，并导致在烧结程序之前优化涂覆的电解质颗粒的压实量。在该双层基底的顶部上，LCFN被沉积为中温固体氧化物燃料电池阴极，以便在中温范围内具有合适的输出性能。以增湿氢气为燃料，空气为氧化剂，电池性能表征显示所制备的样品具有更高的功率输出。单电池的电化学阻抗谱测量也表明界面电阻和欧姆电阻都降低了。这些结果与扫描电子显微镜显微照片一起揭示了通过所建议的方法涂覆的YSZ层的密度优于通常的浆料旋涂方法。
2021-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Graphene-Based Nanostructures in Electrocatalytic Oxygen Reduction
石墨烯类材料在电催化中的应用是日益增长的科学和技术兴趣的主题。在氧电还原领域已经进行了大量的研究，特别是关于在燃料电池研究中的潜在应用，也使用石墨烯型催化组分。这项工作涉及的基本方面和石墨烯结构在氧还原电催化的潜在应用。将特别注意通过使用非金属杂原子作为掺杂剂来创建催化活性位点，形成分级纳米结构的电催化剂，它们的长期稳定性，以及作为分散金属的载体的应用（活化相互作用）。
2018-05-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exploring the Surface Segregation of Rh Dopant in PtNi Nanoparticles through Atom Probe Tomography Analysis
质子交换膜燃料电池有望成为氢基发电和储存的能量转换装置。然而，在阴极处的氧还原的缓慢动力学强加了对具有大的可用面积的高活性催化剂（通常为Pt或Pt基）的需要。Pt的稀缺增加了部署和操作成本，推动了新型高活性物质系统的开发。作为替代方案，Rh掺杂的PtNi纳米颗粒被认为是有前途的氧还原催化剂，但纳米颗粒中组成元素的3D分布仍然不清楚，使得难以指导性能优化。在这里，先进的显微镜和微量分析技术的组合被用来研究的Rh分布在PtNi纳米粒子，Rh表面偏析被揭示，即使与总Rh含量低于2at. %.我们的研究结果表明，掺杂和表面化学必须仔细研究，以建立一个明确的联系与催化活性可以真正建立。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Orienting oxygen vacancies for fast catalytic reaction
催化是化学过程中不可或缺的，与现代生活的许多方面有关。多价过渡金属氧化物由于其独特的电子结构和良好的离子性质，在能源和环境等领域具有重要的应用前景。在这里，我们证明，由于开放的氧框架，棕钙钛矿锶钴酸盐（SrCoO 2. 5）可以是一个很好的阴极材料的固体氧化物燃料电池和可充电电池。当氧空位通道（OVC）的取向得到适当的控制，可以大大提高表面氧交换速率约高达两个数量级。氧还原动力学的改善归因于热活化能的大幅降低。重要的是，晶体取向依赖的氧还原反应的强烈增强既不需要结构紊乱也不需要化学掺杂。因此，我们的外延方法可以为提供氧还原反应的精确解释和开发氧化物基能源材料铺平新的道路。
2013-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and oxygen reduction on tunable [Ti(IV)Pc]2+and Ti(II)Pc titanyl-phthalocyanines: A quantum chemical prediction
铂基催化剂的高成本阻碍了聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）的商业化。因此，[Ti（IV）Pc]2+，Ti（II）Pc钛氧基酞菁，和他们定制的周边和轴向配体配合物的电子结构和氧还原能力进行了理论研究，以确定非贵阴极催化剂。我们的研究结果表明，外围取代和未取代的Ti（II）Pc三重态配合物可以自发地还原过氧化物。单重态[Ti（IV）Pc]2+母体配合物具有6.45 eV的势垒。然而，在外围位置的氟取代降低的能量势垒高达0.45 eV。此外，氯取代显示出自发的过氧化物还原的情况下，三胞胎。Ti（II）Pc配合物和单重态氯取代配合物的高催化活性归因于分子氧分子与新型催化剂配合物之间的最佳电荷转移。因此，Ti（II）Pcs和氯取代的单重态配合物被认为是贵Pt基催化剂的PEMFC的潜在替代品。
2017-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Oxygen Defects and their Motion at a Manganite Surface
锰氧化物是技术上重要的材料，广泛用作固体氧化物燃料电池阴极：它们还显示出电阻。氧的体扩散和表面交换过程对于催化作用是至关重要的，并且对锰氧化物的许多研究已经将电阻与电化学氧迁移联系起来。个别氧缺陷的直接成像是必要的，以支持这些重要的过程的理解。目前不可能大量收集所需的图像，但扫描隧道显微镜可以提供表面的此类数据。在这里，我们显示了第一个原子分辨率的图像氧缺陷在锰氧化物表面。我们的实验还揭示了缺陷动力学，包括氧吸附原子迁移，空位吸附原子复合和吸附原子双稳态。除了为描述过渡金属氧化物界面处氧迁移的微观结构的测试模型提供实验基础之外，我们的工作解决了为什么扫描隧道显微镜对层状锰氧化物比对铜氧化物更具挑战性的长期难题。
2011-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
