固体酸化物電解セルにおける電極移動を電場と酸素スピルオーバーが制御することを解明 (Electric Field, Oxygen Spillover Team Up to Govern Electrode Migration in SOECs)

2026-06-24 中国科学院(CAS)

Chinese Academy of Sciences(CAS)のDalian Institute of Chemical Physicsの傅強(Prof. FU Qiang)らの研究チームは、固体酸化物電解セル(SOEC)の電極表面で生じる動的な再構成を支配する仕組みを解明した。研究では、Ag|イットリア安定化ジルコニア(YSZ)|Agからなるモデルセルを構築し、その作動中の銀アノードをその場光電子放出電子顕微鏡(PEEM)マイクロ領域X線光電子分光(μ-XPS)により観察した。その結果、電極表面へ拡散する酸素(酸素スピルオーバー)が移動性を持つAg−Oδ−種を形成し、銀原子の移動を促進する一方、電場分布がその移動方向と速度を決定することを明らかにした。さらに、この電極の動的再構成によって三相界面(TPB)が増加し、酸素発生反応(OER)の活性が向上することも確認された。本研究は、高温電気化学デバイスにおける電場と酸素スピルオーバーの相互作用を運転中に解析する手法を確立し、高効率SOECや高温エネルギー変換システムの電極設計・性能向上に向けた重要な知見を提供した。

固体酸化物電解セルにおける電極移動を電場と酸素スピルオーバーが制御することを解明 (Electric Field, Oxygen Spillover Team Up to Govern Electrode Migration in SOECs)
Schematic of Ag migration dynamics in the model SOECs governed by coupled electric field and oxygen spillover. (Image by PEI Jinhui)

<関連情報>

固体酸化物電解セルにおける電極移動は、電場と酸素スピルオーバーのカップリングによって制御される Electric Field and Oxygen Spillover Coupling Governs Electrode Migration in Solid Oxide Electrolysis Cells

Jinhui Pei,Xiaoqin Chen,Yanxiao Ning,and Qiang Fu
Journal of the American Chemical Society  Published: June 14, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c07436

Abstract

Dynamic restructuring of electrode surfaces and interfaces often occurs upon electrochemical polarization in solid oxide cells, yet fundamental understanding of such processes requires in situ characterization under operating potential and high temperature conditions. Herein, using a planar Ag|yttria-stabilized zirconia (YSZ)|Ag model cell, we apply near-ambient pressure photoemission electron microscopy (NAP-PEEM) and micro-region X-ray photoelectron spectroscopy (μ-XPS) to spatially resolve the dynamic evolution of the working Ag anode. PEEM directly visualizes oxygen spillover from the YSZ electrolyte onto the Ag surface, followed by long-range Ag migration extending over tens of micrometers. In situ control experiments confirm that the spilled-over oxygen drives Ag transport via the formation of mobile Ag–Oδ− species and the distribution of the electric field dictates the direction and speed of Ag migration. Furthermore, in situ mass spectrometry reveals that the dynamic restructuring of the Ag anode enhances the oxygen evolution reaction by generating more active triple-phase boundaries (TPBs). Collectively, our findings demonstrate that the electric field and oxygen spillover operate in a coupled manner to govern anode activation, providing crucial mechanistic insights for the rational design of interfaces in high-temperature electrochemical systems.

0402電気応用
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