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Composite Cathode Based on redox-reversible Nb2TiO7 for Direct High-Temperature Steam Electrolysis

Chinese Journal of Chemical Physics 2015年第3期28卷 323-330,I0002页

作者： Shi-song Li Ji-gui Cheng Xu-cheng Zhang Yu Wang Kui Xie Department of Energy Materials School of Materials Science and Engineering Hefei University of Technology Hefei 230009 China

Ni/YSZ fuel electrodes can only operate under strongly reducing conditions for steam elec- trolysis in an oxide-ion-conducting solid oxide electrolyzer （SOE）. In atmosphere with a low content of H2 or without H2, cathodes based on redox-reversible Nb2TiO7 provide a promising alternative. The reversible changes between oxidized Nb2TiO7 and reduced Nbl.33Tio.6704 samples are systematically investigated after redox-cycling tests. The conductivities of Nb2TiO7 and reduced Nb1.33Tio.6704 are studied as a function of temperature and oxygen partial pressure and correlated with the electrochemical properties of the composite electrodes in a symmetric cell and SOE at 830 ℃. Steam electrolysis is then performed using an oxide-ion-conducting SOE based on a Nb1.33Ti0.6704 composite fuel electrode at 830 ℃. The current-voltage and impedance spectroscopy tests demonstrate that the reduction and activation of the fuel electrode is the main process at low voltage; however, the steam electrolysis dominates the entire process at high voltages. The Faradic efficiencies of steam electrolysis reach 98.9% when 3%H2O/Ar/4%H2 is introduced to the fuel electrode and 89% for that with introduction of 3%H2O/Ar.

关键词： redox-reversible Alternative fuel electrode Solid oxide electrolyzer Steamelectrolysis

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