在固體氧化物燃料電池（SOFC）中直接利用甲烷燃料是實(shí)現(xiàn)將這種高效燃料電池立即納入當(dāng)前發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)。然而，直接以甲烷為燃料 SOFC 的廣泛商業(yè)化受到電極活性不足和壽命差的嚴(yán)重阻礙，這主要源于碳積累問題。為了使這項(xiàng)技術(shù)更具競(jìng)爭(zhēng)力，一種能夠顯著提高抗焦化能力的新型電極結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。在這里，我們展示了高活性和堅(jiān)固的核殼納米纖維陽(yáng)極，La 0.75Sr 0.25Cr0.5Mn0.5O3@Sm0.2Ce0.8O1.9 ( LSCM@SDC )，通過使用兩種不混溶的聚合物，通過單噴嘴靜電紡絲工藝直接獲得。SDC 在 LSCM 上的緊密覆蓋不僅增加了活性反應(yīng)位點(diǎn)，而且還提高了對(duì)碳沉積和熱聚集的抵抗力。因此，使用LSCM@SDC NFs 獲得的電極極化電阻是 LSCM 衍生物所報(bào)道的最低值之一（在 800℃的濕H
2中約為 0.11 Ω cm
2 ）。在這項(xiàng)工作中開發(fā)的這種復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單制造工藝不僅對(duì) SOFC 電極的設(shè)計(jì)很有吸引力，而且對(duì)電解池、膜重整器和質(zhì)子電池等其他固態(tài)器件的設(shè)計(jì)也很有吸引力。
Figure 1. ( a ) 使用不混溶的 PAN(LSCM) 和 PVP(SDC) 溶液合成類核殼 (LSCM@SDC) 復(fù)合 NFs 的示意圖。(b) LSCM@SDC NF 陽(yáng)極與傳統(tǒng)混合 LSCM-SDC 陽(yáng)極的 LSCM/SDC/氣體三相邊界 (TPB) 的微觀結(jié)構(gòu)和燃料電氧化反應(yīng)的示意圖。（c，d）（c）初生納米纖維和（d）煅燒納米纖維的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
Figure 2. ( LSCM@SDC ) 復(fù)合納米纖維在 PAN 和 PVP 溶液中三種不同摩爾濃度比的 LSCM 和 SDC 前驅(qū)體的SEM 和 TEM 圖像，分別為：LSCM/SDC = (a) 1:0.5、(b) 1:1 和 (c) 1:1.25
Figure 3. （LSCM@SDC ) 復(fù)合納米纖維的高角度環(huán)形暗場(chǎng) (HAADF) 掃描及其透射電子顯微鏡 (STEM) 圖像相應(yīng)的能量色散 X 射線光譜 (EDS) 映射結(jié)果。
Figure 4. (LSCM@SDC ) 復(fù)合納米纖維的X 射線衍射 (XRD) 圖譜在 PAN 中 LSCM 和 SDC 三種不同摩爾濃度比，分別為：LSCM/SDC = 1:0.5、1:1 和 1:1.25。
Figure 5. LSCM@SDC復(fù)合納米纖維基陽(yáng)極和傳統(tǒng)混合 LSCM-SDC 復(fù)合陽(yáng)極的 XPS 光譜：(a) Ce 3d 光譜和 (b) Mn 2p 光譜。
Figure 6. (a) 橫截面 SEM 圖像和 (b) LSCM@SDC復(fù)合納米纖維基陽(yáng)極的放大圖像。(c) LSCM@SDC復(fù)合納米纖維基陽(yáng)極在阻抗譜測(cè)量約 100 小時(shí)后的 SEM 圖像。
Figure 7. (a) 3% H
2O/H
2 在 750 °C下對(duì)稱混合LSCM-SDC（□，黑色）和LSCM@SDC NF（○，藍(lán)色）陽(yáng)極的典型阻抗譜及其擬合結(jié)果（紅色實(shí)線）。( b )在T = 650–800 ° C ( Δ ,(61)▽,(22)?,(56)?,(57)◇、(58)?(43)）。(c) 2%H2O/CH4在700°下對(duì)稱混合LSCM-SDC（□，黑色）和LSCM@SDC NF（○，藍(lán)色）陽(yáng)極的典型阻抗譜及其擬合結(jié)果（紅色實(shí)線）C。(d) LSCM@SDC NF 陽(yáng)極在 700 °C下 2% 加濕 CH4下的Rp隨時(shí)間的變化。由濕度傳感器監(jiān)測(cè)的 H2O濃度隨時(shí)間的變化也顯示在右側(cè)y軸上。
相關(guān)研究工作由韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院WooChul Jung課題組于2022年在線發(fā)表于《ACS Nano》期刊上，原文：Nanofiber Composites as Highly Active and Robust Anodes for Direct-Hydrocarbon Solid Oxide Fuel Cells。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
