SCOPUS
SCIE
From Ni-YSZ to sulfur-tolerant anode materials for SOFCs: electrochemical behavior, <i>in situ</i> characterization, modeling, and future perspectives
저자
Cheng, Zhe ; Wang, Jeng-Han ; Choi, YongMan ; Yang, Lei ; Lin, M. C. ; Liu, Meilin
발행기관
학술지명
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발행연도
2011
작성언어
-등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
4380-4409(30쪽)
제공처
<P>Solid oxide fuel cells (SOFCs) offer great promise for the most efficient and cost-effective conversion to electricity of a wide variety of fuels such as hydrocarbons, coal gas, and gasified carbonaceous solids. However, the conventional Ni-YSZ (yttria-stabilized zirconia) anode is highly susceptible to deactivation (poisoning) by contaminants commonly encountered in readily available fuels, especially sulfur-containing compounds. Thus, one of the critical challenges facing the realization of fuel-flexible and cost-effective SOFC systems is the development of sulfur-tolerant anode materials. This <I>perspective</I> article aims at providing a comprehensive review of materials that have been studied as anodes for SOFCs, the electrochemical behavior of various anode materials in H<SUB>2</SUB>S-contaminated fuels, experimental methods for <I>ex situ</I> and <I>in situ</I> characterizations of species and phases formed on anode surfaces upon exposure to H<SUB>2</SUB>S-containing fuels, mechanisms for the interactions between H<SUB>2</SUB>S and anode surfaces as predicted from density functional theory (DFT) calculations, and possible strategies of minimizing or eliminating the effect of sulfur poisoning. While significant progress has been made in developing alternative anode materials with better sulfur tolerance, in probing and mapping electrode surface species relevant to sulfur poisoning, and in unraveling the mechanisms of H<SUB>2</SUB>S–anode interactions using both computational and experimental approaches, many challenges still remain to bridge the gaps between models at different scales or between theoretical predictions and experimental observations. An important new direction for future research is to develop a predictive multi-scale (from DFT to continuum) computational framework, through a rigorous validation at each scale by carefully-designed experiments performed under <I>in situ</I> conditions, for rational design of better sulfur-tolerant anode materials and structures for a new generation of SOFCs to be powered by readily available fuels.</P> <P>Graphic Abstract</P><P>A combination of experimental and theoretical approaches has unraveled the sulfur-anode interaction mechanism, which is vital to rational design of better sulfur-tolerant anode materials for SOFCs.
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</P>
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