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(Invited) Enhancing Cathode ORR Kinetics and Durability through Low-Cost Surface Modification

Tuesday, 31 May 2016: 14:35
Sapphire Ballroom E (Hilton San Diego Bayfront)
Y. Chen, D. Ding, T. Wei, D. Chen, L. Zhang, B. H. Rainwater, and M. Liu (School of Materials Science and Engineering, Georgia Tech)
One of the key technical challenges facing the commercialization of SOFC technology is to ensure high performance and long-term stability and reliability. Under realistic operating condition, the cathodes are exposed to various contaminants commonly encountered in air (e.g., CO2 and/or H2O) as well as impurities from other cell components (e.g., a Cr-containing interconnect), which may lower the SOFC performance and accelerate cathode degradation. To develop durable, high-performance SOFC cathodes, we have investigated the mechanism of cathode degradation due to contaminant poisoning and developed strategies for mitigating the problem. It is found that surface modification of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3(LSCF) cathodes with robust perovskite catalyst coatings through a solution infiltration method is the most effective and economical approach. Electrochemical impedance spectroscopy, cathode polarization measurement, Raman spectroscopy, and modeling and simulation have been used to quantify the tolerance of catalysts-coated cathodes against various contaminations, including steam, CO2, Cr-containing species, and a combination of them. We have further characterized the kinetics of oxygen reduction reaction (ORR) and long-term stability of homemade cells with blank and catalyst-modified LSCF cathodes exposed to different concentrations of contaminants, demonstrating that surface modification through solution-infiltration is a low-cost approach to enhancing both ORR kinetics and stability of the LSCF cathodes.