研究人員通過減少鎳含量 改善陶瓷燃料電池的穩定性和性能

據外媒報道，韓國研究團隊發明了一種高穩定性、高性能的陶瓷燃料電池，其鎳含量非常低，僅為傳統陶瓷燃料電池的1/20。因為頻繁啟動會帶來很多問題，目前陶瓷燃料電池只在大型電站使用，但有望推廣到新的領域，如電動汽車、機器人、無人機等。通常用于低溫聚合物電解質燃料電池的鉑催化劑非常昂貴。相反，高溫燃料電池，如陶瓷燃料電池，通常在800℃或更高的溫度下工作，使用鎳等廉價催化劑，鎳的體積約占電池陽極的40%。但由于鎳在高溫下容易堵塞，陶瓷燃料電池在啟停氧化還原過程中會不受控制地膨脹，從而破壞整個陶瓷燃料電池結構。因此，陶瓷燃料電池不能為需要頻繁啟動的應用供電。

(圖片來源:Acta Materialia)為了解決這一問題，能源材料研究中心的Ji-Won Son博士和韓國科學技術院(KAIST)的Seung韓民教授共同開發了一種新的陽極概念，通過減少陽極鎳催化劑的數量和尺寸來抑制還原氧化循環導致的電池性能退化，而還原氧化反應是陶瓷燃料電池退化的主要原因。減少鎳的量將使陽極中的鎳顆粒保持一定距離。為了彌補鎳催化劑量的減少，研究人員在陽極結構中使用了薄膜沉積工藝，將鎳納米顆粒均勻分布在整個陶瓷基體中，從而大大增加了鎳的表面積。傳統的陶瓷燃料電池在不到20次循環后就會失效。相比之下，具有新陽極的陶瓷燃料電池在超過100次還原和氧化循環后仍未顯示出退化并保持良好的性能。此外，雖然鎳含量大大降低，但新型陽極陶瓷燃料電池的功率輸出比常規電池高1.5倍。Ji-Won Son博士表示:“基于對還原氧化失效的認識，我們系統地研究了新陽極燃料電池從設計到實施再到評估的每一個階段。其中，還原氧化反應是陶瓷燃料電池破壞的主要原因。”孫博士說:“除了發電廠，新的陽極陶瓷燃料電池在其他領域也有無限的潛力，比如旅行。”據外媒報道，韓國研究團隊發明了一種高穩定性、高性能的陶瓷燃料電池，其鎳含量非常低，僅為傳統陶瓷燃料電池的1/20。因為頻繁啟動會帶來很多問題，目前陶瓷燃料電池只在大型電站使用，但有望推廣到新的領域，如電動汽車、機器人、無人機等。通常用于低溫聚合物電解質燃料電池的鉑催化劑非常昂貴。相反，高溫燃料電池，如陶瓷燃料電池，通常在800℃或更高的溫度下工作，使用鎳等廉價催化劑，鎳的體積約占電池陽極的40%。但由于鎳在高溫下容易堵塞，陶瓷燃料電池在啟停氧化還原過程中會不受控制地膨脹，從而破壞整個陶瓷燃料電池結構。因此，陶瓷燃料電池不能為需要頻繁啟動的應用供電。

(圖片來源:Acta Materialia)為了解決這一問題，能源材料研究中心的Ji-Won Son博士和韓國科學技術院(KAIST)的Seung韓民教授共同開發了一種新的陽極概念，通過減少陽極鎳催化劑的數量和尺寸來抑制還原氧化循環導致的電池性能退化，而還原氧化反應是陶瓷燃料電池退化的主要原因。減少鎳的量將使陽極中的鎳顆粒保持一定距離。為了彌補鎳催化劑量的減少，研究人員在陽極結構中使用了薄膜沉積工藝，將鎳納米顆粒均勻分布在整個陶瓷基體中，從而大大增加了鎳的表面積。傳統的陶瓷燃料電池在不到20次循環后就會失效。相比之下，具有新陽極的陶瓷燃料電池仍然顯示出n……在超過100次還原和氧化循環后降解并保持良好的性能。此外，雖然鎳含量大大降低，但新型陽極陶瓷燃料電池的功率輸出比常規電池高1.5倍。Ji-Won Son博士表示:“基于對還原氧化失效的認識，我們系統地研究了新陽極燃料電池從設計到實施再到評估的每一個階段。其中，還原氧化反應是陶瓷燃料電池破壞的主要原因。”孫博士說:“除了發電廠，新的陽極陶瓷燃料電池在其他領域也有無限的潛力，比如旅行。”

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