在固體氧化物燃料電池（SOFC）中直接利用甲烷燃料是實現將這種高效燃料電池立即納入當前發電基礎設施的關鍵技術。然而，直接以甲烷為燃料 SOFC 的廣泛商業化受到電極活性不足和壽命差的嚴重阻礙，這主要源于碳積累問題。為了使這項技術更具競爭力，一種能夠顯著提高抗焦化能力的新型電極結構至關重要。在這里，我們展示了高活性和堅固的核殼納米纖維陽極，La 0.75Sr
[email protected] ( 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位點，而且還提高了對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 衍生物所報道的最低值之一（在 800℃的濕H
2中約為 0.11 Ω cm
2 ）。在這項工作中開發的這種復雜異質結構的簡單制造工藝不僅對 SOFC 電極的設計很有吸引力，而且對電解池、膜重整器和質子電池等其他固態器件的設計也很有吸引力。
Figure 1. ( a ) 使用不混溶的 PAN(LSCM) 和 PVP(SDC) 溶液合成類核殼 (LSCM@SDC) 復合 NFs 的示意圖。(b) LSCM@SDC NF 陽極與傳統混合 LSCM-SDC 陽極的 LSCM/SDC/氣體三相邊界 (TPB) 的微觀結構和燃料電氧化反應的示意圖。（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 ) 復合納米纖維的高角度環形暗場 (HAADF) 掃描及其透射電子顯微鏡 (STEM) 圖像相應的能量色散 X 射線光譜 (EDS) 映射結果。
Figure 4. (LSCM@SDC ) 復合納米纖維的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復合納米纖維基陽極和傳統混合 LSCM-SDC 復合陽極的 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復合納米纖維基陽極的放大圖像。(c) LSCM@SDC復合納米纖維基陽極在阻抗譜測量約 100 小時后的 SEM 圖像。
Figure 7. (a) 3% H
2O/H
2 在 750 °C下對稱混合LSCM-SDC（□，黑色）和LSCM@SDC NF（○，藍色）陽極的典型阻抗譜及其擬合結果（紅色實線）。( b )在T = 650–800 ° C ( Δ ,(61)▽,(22)?,(56)?,(57)◇、(58)?(43)）。(c) 2%H2O/CH4在700°下對稱混合LSCM-SDC（□，黑色）和LSCM@SDC NF（○，藍色）陽極的典型阻抗譜及其擬合結果（紅色實線）C。(d) LSCM@SDC NF 陽極在 700 °C下 2% 加濕 CH4下的Rp隨時間的變化。由濕度傳感器監測的 H2O濃度隨時間的變化也顯示在右側y軸上。
相關研究工作由韓國科學技術院WooChul Jung課題組于2022年在線發表于《ACS Nano》期刊上，原文：Nanofiber Composites as Highly Active and Robust Anodes for Direct-Hydrocarbon Solid Oxide Fuel Cells。
轉自《石墨烯研究》公眾號
