Stability and performance of perovskite-based thin film cathodes for solid oxide fuel cells

Abstract

Bu çalışmada polimerik öncüllerle hazırlanan (La,Ca)CoO3 (LCC) ve (La,Sr)CoO3 (LSC) perovskite membranların uzun süreli elektrokimyasal performansı, elektriksel iletkenlik gevşemesi (ECR) kullanılarak oksijen kısmi basıncı ani değiştirilerek ölçülmüştür. Yüzey oksijen değişim katsayısı (kchem) ve difüzyon katsayısı (Dchem) ECR dataları fit edilerek elde edilmiştir. Ca katkılı LaCoO3 örneklerinin kchem ve Dchem değerlerinin genel olarak Sr katkılı olanlardan daha yüksek olduğu gözlenmiştir. %20 katkılı LaCoO3 örnekleri, %40 katkılı LaCoO3 örneklerden daha düşük kchem ve Dchem değerlerine sahip olmasına rağmen, bu değerler %40 serisinin değerlerinden daha stabildir. Uzun süreli ısıl işlem boyunca, hemen hemen bütün numunelerde Dchem, kchem' e göre daha sabittir.Ayrıca, Ca2+ (LCC) ile katkılanmış LaCoO3'ün polimerik öncüsünden elde edilen ince filmlerin uzun süreli elektrokimyasal verimliliğine incelendi. Bulgulara göre, 800 °C' de ön kalsinasyona maruz bırakılan numuneden (%20 Ca katkılı LCC-800) daha yüksek elektrokimyasal performans elde edildi, ancak diğer sıcaklıklarda ön kalsinasyon gören numunelere göre daha fazla degregasyon tespit edildi. Artan Ca2+ konsantrasyonu (%40 Ca katkılı LCC -800), başlangıçtaki elektrokimyasal performansta küçük bir artışa neden oldu, ancak uzun vadeli stabilitenin önemli ölçüde azalmasına sebep oldu.Ek olarak, Ca2+ katkılı LaCoO3'ün (LCC) polimerik öncül türevli filmlerinin uzun süreli elektrokimyasal performansı, değişen biriktirme parametreleriyle incelendi. Kaplama dönme hızının arttırılması, daha düşük bir polarizasyon direncine ve daha uzun ömürlü stabiliteye sebep oldu.

The prolonged electrochemical performance of polymeric precursor-derived (La,Ca)CoO3 (LCC) and (La,Sr)CoO3 (LSC) perovskite membranes were examined in the current study with a sudden change in oxygen partial pressure utilizing electrical conductivity relaxation to obtain surface oxygen exchange coefficient and diffusion coefficient. It was revealed that the kchem and Dchem values of Ca-doped LaCoO3 samples were generally greater than those of Sr-doped ones. The 20% doped LaCoO3 samples were more stable than the 40% series, despite the fact that the 40% doped LaCoO3 samples produced higher kchem and Dchem values.Also, we focused on the prolonged electrochemical efficiency of thin films that obtained from polymeric precursor of LaCoO3 substituted with Ca2+ (LCC). According to the findings, pre-calcination at 800 °C (20 % Ca-doped LCC-800) led to greater electrochemical performance but weaker prolonged stability than pre-calcination at 700 °C (20 % Ca-doped LCC -700) or 900 °C (20 % Ca-doped LCC -900). Increased Ca2+ concentration (40 % Ca-doped LCC -800) resulted in a small increase in initial electrochemical performance, but at the expense of significantly reduced long-term stability.In addition, the prolonged electrochemical performance of polymeric precursor-derived films of Ca2+-substituted LaCoO3 (LCC) was examined by varying deposition parameters. It was revealed that to increase the spinning rate results in a lower polarization resistance and a better long-term stability.