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研究人員通過(guò)減少鎳含量 改善陶瓷燃料電池的穩(wěn)定性和性能

時(shí)間:2021-02-19 10:06來(lái)源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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(圖片來(lái)源:Acta Materialia)
 
       據(jù)外媒報(bào)道,韓國(guó)研究小組發(fā)明出一種高穩(wěn)定性、高性能的陶瓷燃料電池,其鎳含量非常低,僅為傳統(tǒng)陶瓷燃料電池的1/20。由于頻繁啟動(dòng)會(huì)帶來(lái)諸多問(wèn)題,目前,陶瓷燃料電池僅應(yīng)用于大型發(fā)電站,但有望拓展至新領(lǐng)域,如電動(dòng)汽車、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)。
 
       低溫聚合物電解質(zhì)燃料電池通常使用的鉑催化劑非常昂貴,與之相反,以陶瓷燃料電池為代表的高溫燃料電池,通常在800°C或更高的溫度下運(yùn)行,使用鎳等價(jià)格低廉的催化劑,而鎳的體積約占電池陽(yáng)極的40%。但由于鎳在高溫下容易成塊,陶瓷燃料電池在停止-啟動(dòng)的氧化還原過(guò)程中會(huì)發(fā)生不可控的膨脹,從而破壞整個(gè)陶瓷燃料電池結(jié)構(gòu)。因此陶瓷燃料電池?zé)o法為需要頻繁啟動(dòng)的應(yīng)用供電。
 
       為解決這一問(wèn)題,能源材料研究中心的Ji-Won Son博士與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)的Seung Min Han教授共同開(kāi)發(fā)出一種新的陽(yáng)極概念,通過(guò)減少陽(yáng)極鎳催化劑的用量和大小,抑制由還原-氧化循壞導(dǎo)致的電池性能退化,而還原-氧化反應(yīng)是導(dǎo)致陶瓷燃料電池退化的主要原因。鎳的用量減少會(huì)使得陽(yáng)極中的鎳顆粒保持距離。為了補(bǔ)償減少的鎳催化劑用量,研究人員在陽(yáng)極結(jié)構(gòu)中使用薄膜沉積工藝,將鎳納米顆粒均勻地分布在整個(gè)陶瓷基體中,從而大幅增加鎳的表面積。常規(guī)的陶瓷燃料電池循環(huán)不到20次后就會(huì)失效,與之相比,采用新型陽(yáng)極的陶瓷燃料電池經(jīng)過(guò)100多次還原氧化循環(huán)后,電池依然顯示無(wú)退化且性能保持良好。此外,盡管鎳含量大幅降低,但與常規(guī)電池相比,新型陽(yáng)極陶瓷燃料電池的功率輸出提高了1.5倍。
 
       Ji-Won Son博士表示:“基于對(duì)還原-氧化失效的理解,從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn),再到評(píng)估,我們對(duì)新型陽(yáng)極燃料電池的每個(gè)階段都進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。其中,還原-氧化反應(yīng)是造成陶瓷燃料電池的破壞的主要原因。”Son博士表示:“除發(fā)電廠外,新型陽(yáng)極陶瓷燃料電池在其他領(lǐng)域也擁有無(wú)限潛力,如出行領(lǐng)域。”
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 陶瓷燃料電池 鎳催化劑
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