Tracking the nanoparticle exsolution/reoxidation processes of Ni-doped SrTi0.3Fe0.7O3−δ electrodes for intermediate temperature symmetric solid oxide fuel cells

Autores
Santaya, Mariano; Jiménez, Catalina Elena; Troiani, Horacio Esteban; Carbonio, Emilia Andrea; Arce, Mauricio Damián; Toscani, Lucía María; Garcia Diez, Raul; Wilks, Regan George; Knop-Gericke, Axel; Bär, Marcus; Mogni, Liliana Verónica
Año de publicación
2022
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The development of redox stable oxide perovskite - based electrodes for cost-effective symmetric solid oxide fuel cells (SOFCs) that can work at intermediate temperatures and compete with state-of-the-art cathodes and anodes is becoming a concrete possibility. The Ni-doped STF perovskite Sr0.93Ti0.3Fe0.63Ni0.07O3−δ meets such requirements by exsolving catalytically active Ni-Fe nanoparticles in reducing atmospheres that boost anode performance. This work aims at clarifying whether exsolution is a reversible process, which could extend the lifetime of SOFCs. Element-specific synchrotron - based near-ambient pressure X-ray photoelectron and absorption spectroscopies are key to understanding the exsolution/reoxidation processes of the Ni-Fe nanoparticles during redox cycling in the atmosphere. This study reveals that Ni exsolves easily, dragging along the more stable Fe to form nanoalloyed Ni-Fe even under mild reducing conditions. A significant Sr-surface segregation indicates that the initial Sr-deficiency cannot fully compensate for the B-site cation depletion during exsolution. Switching to an oxidizing atmosphere results in a reoxidation-induced reconstruction of the electrode, in which a Fe- and Sr-rich oxide layer forms on the surface, leaving the Ni segregated from the perovskite. This reoxidized electrode shows a significantly improved cathode response in comparison to the pristine perovskite, indicating changes in the mechanisms that activate the oxygen reduction reaction.
Fil: Santaya, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina
Fil: Jiménez, Catalina Elena. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Troiani, Horacio Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Carbonio, Emilia Andrea. Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft; Alemania. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Arce, Mauricio Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina
Fil: Toscani, Lucía María. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Tecnologias Emergentes y Ciencias Aplicadas. - Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Tecnologias Emergentes y Ciencias Aplicadas.; Argentina
Fil: Garcia Diez, Raul. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Wilks, Regan George. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Knop-Gericke, Axel. Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion; Alemania. Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft; Alemania
Fil: Bär, Marcus. Universitat Erlangen Nuremberg; Alemania. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Mogni, Liliana Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
Materia
PEROVSKITES
SOFC
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Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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CONICET Digital (CONICET)
Institución
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This work aims at clarifying whether exsolution is a reversible process, which could extend the lifetime of SOFCs. Element-specific synchrotron - based near-ambient pressure X-ray photoelectron and absorption spectroscopies are key to understanding the exsolution/reoxidation processes of the Ni-Fe nanoparticles during redox cycling in the atmosphere. This study reveals that Ni exsolves easily, dragging along the more stable Fe to form nanoalloyed Ni-Fe even under mild reducing conditions. A significant Sr-surface segregation indicates that the initial Sr-deficiency cannot fully compensate for the B-site cation depletion during exsolution. Switching to an oxidizing atmosphere results in a reoxidation-induced reconstruction of the electrode, in which a Fe- and Sr-rich oxide layer forms on the surface, leaving the Ni segregated from the perovskite. This reoxidized electrode shows a significantly improved cathode response in comparison to the pristine perovskite, indicating changes in the mechanisms that activate the oxygen reduction reaction.Fil: Santaya, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Jiménez, Catalina Elena. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; AlemaniaFil: Troiani, Horacio Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Carbonio, Emilia Andrea. Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft; Alemania. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; AlemaniaFil: Arce, Mauricio Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Toscani, Lucía María. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Tecnologias Emergentes y Ciencias Aplicadas. - Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Tecnologias Emergentes y Ciencias Aplicadas.; ArgentinaFil: Garcia Diez, Raul. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; AlemaniaFil: Wilks, Regan George. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; AlemaniaFil: Knop-Gericke, Axel. Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion; Alemania. Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft; AlemaniaFil: Bär, Marcus. Universitat Erlangen Nuremberg; Alemania. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; AlemaniaFil: Mogni, Liliana Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; ArgentinaRoyal Society of Chemistry2022-07info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/216680Santaya, Mariano; Jiménez, Catalina Elena; Troiani, Horacio Esteban; Carbonio, Emilia Andrea; Arce, Mauricio Damián; et al.; Tracking the nanoparticle exsolution/reoxidation processes of Ni-doped SrTi0.3Fe0.7O3−δ electrodes for intermediate temperature symmetric solid oxide fuel cells; Royal Society of Chemistry; Journal of Materials Chemistry A; 10; 29; 7-2022; 15554-155682050-74882050-7496CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta02959f/unauth#!divAbstractinfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1039/D2TA02959Finfo:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-10-15T15:06:32Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/216680instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-10-15 15:06:32.37CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
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Fil: Santaya, Mariano. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina
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Fil: Arce, Mauricio Damián. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina
Fil: Toscani, Lucía María. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Tecnologias Emergentes y Ciencias Aplicadas. - Universidad Nacional de San Martin. Instituto de Tecnologias Emergentes y Ciencias Aplicadas.; Argentina
Fil: Garcia Diez, Raul. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Wilks, Regan George. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Knop-Gericke, Axel. Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion; Alemania. Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft; Alemania
Fil: Bär, Marcus. Universitat Erlangen Nuremberg; Alemania. Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH; Alemania
Fil: Mogni, Liliana Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
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