使用少量的金屬以延長燃料電池的壽命

【概要】研究人員已經(jīng)描述了一種新技術(shù)，以改善電極材料的化學(xué)穩(wěn)定性，可通過使用極少量的金屬來延長壽命。研究小組使用計(jì)算化學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察到，鈣鈦礦電極晶格中Sr原子周圍的局部壓縮態(tài)減弱了Sr－O鍵的強(qiáng)度，從而促進(jìn)了鍶的分離。

【圖注】電極中的晶格應(yīng)變程度，鍶偏析和電極反應(yīng)之間的相關(guān)性。

燃料電池是未來關(guān)鍵的能源技術(shù)，可成為環(huán)保的可再生能源。特別是由陶瓷材料構(gòu)成的固體氧化物燃料電池，由于其將生物質(zhì)，LNG和LPG等各種形式的燃料直接轉(zhuǎn)化為電能的能力而受到越來越多的關(guān)注。KAIST的研究人員描述了一種新技術(shù)，提高電極材料的化學(xué)穩(wěn)定性，可以通過使用極少量的金屬來延長壽命。

決定固體氧化物燃料電池性能的核心因素是發(fā)生氧還原反應(yīng)的陰極，通常在陰極中使用具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物（ABO3）。然而，盡管鈣鈦礦氧化物在初始操作中具有高性能，但其性能隨時(shí)間而下降，限制了其長期使用。特別是陰極運(yùn)行所需的高溫氧化態(tài)的條件導(dǎo)致表面偏析現(xiàn)象，其中氧化鍶（SrOx）等第二相在氧化物表面積累，導(dǎo)致電極性能下降。

利用計(jì)算化學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，材料科學(xué)與工程系的WooChul Jung教授團(tuán)隊(duì)觀察到，鈣鈦礦電極晶格中Sr原子周圍的局部壓縮態(tài)減弱了Sr－O鍵強(qiáng)度，從而促進(jìn)了鍶的分離。該小組發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦氧化物中應(yīng)變分布的局部變化是鍶表面分離的主要原因?；谶@些發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)在氧化物中摻入不同尺寸的金屬以控制陰極材料中的晶格應(yīng)變程度，并有效地抑制鍶偏析。

WooChul Jung教授說：“這項(xiàng)技術(shù)可以通過在材料合成過程中加入少量的金屬原子來實(shí)現(xiàn)，而不需要額外的工藝。我希望這項(xiàng)技術(shù)在開發(fā)高耐用的鈣鈦礦氧化物電極方面將卓有成效?！?/p>