通过在环境透射电镜中使用 DENS Lightning 原位热电样品杆，新加坡南洋理工大学的 Martial Duchamp 博士和他的互助者以原子级分辨率不雅察了固态氧化物燃料电板的责任情况，进而建造了氧分压、氢分压、温度、电板开路电压和微不雅结构变化之间的平直关系。

一、引子

扣问东谈主员通过将负极-电解质-正极电板以单室竖立的表情与 Lightning 热电样品杆相流畅，扣问了不同氧气/氢气比例对镍催化剂方法的影响，并监测了在600°C 的高温下电板开路电压与镍催化剂方法的关系。如下的视频展示了随时刻变化的上述成分之间的谈论性，右侧的透射电镜视频捕捉了镍在氧化和复原经由中发生的方法变化。

文件信息

Jeangros, Q., Bugnet, M., Epicier, T. et al. Operando analysis of a solid oxide fuel cell by environmental transmission electron microscopy.

Nat Commun 14, 7959 (2023).

二、文件共享

摘记：将动力调养开荒的微不雅结构与其性能关联起来时时是一项复杂的责任，这在固体氧化物燃料电板（SOFC）的扣问中尤其如斯。SOFC内包括了多种材料和界面，这些材料和界面在高暖热反馈性气体环境下不断演变，借助环境透射电镜(ETEM)不错识别这类电板中结构-性能间的谈论。以单腔竖立将负极-电解质-正极电板与Lightning热电系统相流畅，扣问东谈主员在原子圭臬下发现环境要求（氧分压、氢分压、温度）、电板开路电压和燃料电板的微结构演变之间存在平直关系。扣问规定揭示了正极氧化气象偏执刻画对电板电学性能的病笃影响。

文件恶果图表信息

01：流畅在热电芯片电极上的 SOFC 的 TEM 薄片。

图1：a)热电芯片的扫描电镜(SEM)图像。b) 与芯片电极作念导电交往的 SOFC 样品的 STEM-ADF图像。c） 从 b 中虚线区域获得的原始 SOFC 器件中主要元素 K系特征线的STEM EDX 面扫规定。

02：氧气/氢气比例偏执对 SOFC 电压和微不雅结构的影响。

图2：a) 图泄漏了在两个镍晶粒位置测得的平均 TEM 图像强度、残余气体分析仪 (RGA) 的氧气/氢气信号比（原始数据，实线；前移 180 秒，虚线）以及两个偏压电极之间测得的电压（原始数据为蓝色，高斯滤波后为红色）随时刻的变化情况。b-g) 位于氧化钇踏实氧化锆（YSZ）电解质掌握的两个镍晶粒的相应 TEM 图像选集，图a） 中泄漏了其不同时刻的强度变化，这些图像拍摄于氧化、复原经由的要津门径。三角形所指的是镍在氧化和复原经由中发生的方法变化。

03：镍晶粒的氧化和复原轮回取决于 SOFC 样品上测量到的氧气/氢气比例和由此产生的电压。

图3：a) 沿 图b）所示红色箭头标的拍摄的 TEM 图像强度变化、RGA测得的氧气/氢气比例（原始数据，实线；前移 180 秒，虚线）以及正极、负极间测量的开路电压（原始数据和高斯滤波数据）的等值线图。b-g) 在再氧化和复原经由的要津门径中镍晶粒边际的 TEM 图像选集。玄色箭头和三角形所指的是镍晶粒名义发生的要津方法变化。

04：镍晶粒的原子圭臬成像与氧气/氢气比例的函数关系。

图4：a) RGA的氧气/氢气比例（原始数据，实线；前移 180 秒，虚线），以及正极与负极之间测量的开路电压（原始数据和高斯滤波数据）。b-e) 镍晶粒边际在氧化复原经由中要津阶段的高分辨率 TEM 图像。f-i)为 b-e 中虚线区域的傅立叶滤波放大显微像片和相应的 FFT。b-e 中的虚线标出了镍晶粒与闲静或氧化镍的界面。

05 ：在 ETEM 中不雅察到的单室竖立 SOFC 运行默示图。

a) 在较低的氧气/氢气比例下，由于莫得氧气，负极无法对其复原。b) 当引入 氧气时，电板初始产生责任电压，直到 c）镍晶粒名义氧化为止。d) 当缩短 氧气/氢气比例时，氧化镍鳞片名义初始复原成镍，在正极再行启动燃料氧化，导致电压飞腾。YSZ 走漏氧化钇的踏实氧化锆，LSM 走漏镧锶锰矿。

三、结语

总的来说，扣问者展示了一项使用环境透射电镜对单室竖立的固体氧化物燃料电板进行及时原位分析的扣问责任。扣问者通过在电镜腔室中引入了氢气和氧气，同期将电板保抓在较高的责任温度（600 °C）下，最终在原子圭臬不雅察了其微不雅结构。通过改革氧气/氢气的比例，建造了电板开路电压、气体环境和镍催化剂微不雅结构之间的平直关系。

中等氧气/氢气比率下，当镍催化剂保抓金属态时，在 FIB 制备的薄片的两个电极之间测得的开路电压有一个很小但知道的飞腾。凭据与非原位施行和原位施行下进行的电流-电压测量规定对比，在这些要求下产生的开路电压似乎至少部分是由于，正极和负极分离对部分燃料氧化反馈和氧化性气体复原反馈的选拔性各别所酿成的。取决于氧气/氢气的比例，镍的名义氧化会住手燃料氧化反馈，而氧化镍鳞片上的镍岛助长则会重启该反馈。

揣摸往时，这种在透射电镜中进行的原位施行责任，不错深切扣问影响SOFCs/SOECs 的各式退化旅途，尤其是负极、正极的活性三相界面中的毒化影响，以及镍催化剂颗粒粗化对电板性能的影响。