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Pd 나노입자의 자가 회복이 가능한 지능형 페로브스카이트 산화물 음극의 직접 탄화수소계 SOFC 성능 평가

Self-Regeneration of Intelligent Perovskite Oxide Anode for Direct Hydrocarbon-Type SOFC by Nano Metal Particles of Pd Segregated

Abstract

Nanomaterials have considerable potential to solve several key challenges in various electrochemical devices, such as fuel cells. However, the use of nanoparticles in high-temperature devices like solid-oxide fuel cells (SOFCs) is considered problematic because the nanostructured surface typically prepared by deposition techniques may easily coarsen and thus deactivate, especially when used in high-temperature redox conditions. Herein we report the synthesis of a self-regenerated Pd metal nanoparticle on the perovskite oxide anode surface for SOFCs that exhibit self-recovery from their degradation in redox cycle and $CH_4$ fuel running. Using Pd-doped perovskite, $La(Sr)Fe(Mn,Pd)O_3$, as an anode, fairly high maximum power densities of 0.5 and $0.2cm^{-2}$ were achieved at 1,073 K in $H_2$ and $CH_4$ respectively, despite using thick electrolyte support-type cell. Long-term stability was also examined in $CH_4$ and the redox cycle, when the anode is exposed to air. The cell with Pd-doped perovskite anode had high tolerance against re-oxidation and recovered the behavior of anodic performance from catalytic degradation. This recovery of power density can be explained by the surface segregation of Pd nanoparticles, which are self-recovered via re-oxidation and reduction. In addition, self-recovery of the anode by oxidation treatment was confirmed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).

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