$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) потенциально являются наиболее эффективным и экономичным решением для использования широкого спектра видов топлива, помимо водорода 1-7. Производительность ТОТЭ и скорость многих процессов химического и энергетического преобразования в устройствах хранения и преобразования энергии в целом ограничены в первую очередь переносом заряда и массы вдоль поверхностей электродов и между границами раздела. К сожалению, механистическое понимание этих процессов до сих пор отсутствует, в основном из-за трудности характеристики этих процессов в условиях in situ. Этот пробел в знаниях является главным препятствием для коммерциализации ТОТЭ. Разработка инструментов для зондирования и картирования поверхностного химического состава, относящегося к электродным реакциям, имеет жизненно важное значение для разгадки механизмов поверхностных процессов и достижения рационального проектирования новых материалов электродов для более эффективного хранения и преобразования энергии. Среди относительно немногих методов поверхностного анализа in situ рамановская спектроскопия может быть выполнена даже при высоких температурах и суровых атмосферах, что делает ее идеальной для характеристики химических процессов, имеющих отношение к характеристикам анода и деградации ТОТЭ8-12. Он также может использоваться наряду с электрохимическими измерениями, что потенциально позволяет установить прямую корреляцию между электрохимией и химией поверхности в действующей ячейке. Надлежащие измерения комбинационного рассеяния света in situ были бы полезны для точного определения важных механизмов анодной реакции из-за его чувствительности к соответствующим веществам, включая ухудшение характеристик анода в результате осаждения углерода8, 10, 13, 14 («коксования») и отравления серой11, 15, а также способ, которым поверхностные модификации предотвращают эту деградацию16. Текущая работа демонстрирует значительный прогресс в направлении этой возможности. Кроме того, семейство методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) обеспечивает особый подход к исследованию поверхности электрода с наноразмерным разрешением. Помимо топографии поверхности, которая обычно собирается с помощью АСМ и СТМ, могут быть исследованы и другие свойства, такие как локальные электронные состояния, коэффициент диффузии ионов и поверхностныйпотенциал17-22. В этой работе электрохимические измерения, рамановская спектроскопия и СЗМ были использованы в сочетании с новой платформой испытательных электродов, которая состоит из никелевого сетчатого электрода, встроенного в стабилизированный иттрием электролит из диоксида циркония (YSZ). Были охарактеризованы испытания производительности ячеек и импедансная спектроскопия в топливе, содержащем H2S, а для дальнейшего выяснения природы отравления серой было использовано рамановское картирование. на месте Для исследования поведения коксования использовался комбинационный мониторинг. Наконец, атомно-силовая микроскопия (АСМ) и электростатическая силовая микроскопия (ЭПМ) были использованы для дальнейшей визуализации осаждения углерода в наномасштабе. На основе этого исследования мы хотим получить более полное представление об аноде ТОТЭ.