The Electronic Structure and Chemical Properties of a Ni/CeO<sub>2</sub>Anode in a Solid Oxide Fuel Cell: A DFT +<i>U</i>Study
Notice bibliographique
Résumé
Using a model for the Ni/ceria anode of a solid oxide fuel cell (SOFC), we have performed a DFT + U study of H 2 and CH 4 activation on the ceria surface and elucidated the mechanisms of charge transfer as a result of ceria reduction. Bader’s Atoms in Molecules (AIM) analysis scheme establishes that deposition of nickel on stoichiometric ceria to form the Ni/ceria anode results in the transfer of electron density from Ni to CeO 2 . The subsequent removal of an oxygen atom from the ceria surface of the Ni/ceria anode in the process of fuel oxidation results in a minor transfer of electron density from ceria to Ni. The modest amount of transferred electron charge following vacancy formation can be explained by the fact that the rather shallow vacancy-induced occupied band in ceria has a lower energy than the top of the Ni valence band. We also show that the removal of an oxygen atom not bonded to Ni is more favorable (by 28 kcal/mol) than extraction of an oxygen, originally bonded to both Ni and Ce at the Ni/CeO 2 interface. This finding would indicate that fuel oxidation should occur predominantly at the ceria surface of the cermet rather than at the Ni/CeO 2 interface. Moreover, our study demonstrates that the energies of activation of the fuel molecules (H 2 and CH 4 ) on the ceria surface of the Ni/CeO 2 cermet are close to the respective values in the case of fuel adsorption on a pure ceria surface. We also show that the reduction of a ceria film on top of the electrolyte (YSZ, yttria-stabilized zirconia), with subsequent migration of an oxygen from the YSZ bulk to ceria, results in accumulation of charge on Ni, accounting for generation of a current in a SOFC.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
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