（圖片來源：Acta Materialia）

 

       據(jù)外媒報道，韓國研究小組發(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。由于頻繁啟動會帶來諸多問題，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，如電動汽車、機器人和無人機。

 

       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或更高的溫度下運行，使用鎳等價格低廉的催化劑，而鎳的體積約占電池陽極的40％。但由于鎳在高溫下容易成塊，陶瓷燃料電池在停止-啟動的氧化還原過程中會發(fā)生不可控的膨脹，從而破壞整個陶瓷燃料電池結(jié)構(gòu)。因此陶瓷燃料電池?zé)o法為需要頻繁啟動的應(yīng)用供電。

 

       為解決這一問題，能源材料研究中心的Ji-Won Son博士與韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的Seung Min Han教授共同開發(fā)出一種新的陽極概念，通過減少陽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。鎳的用量減少會使得陽極中的鎳顆粒保持距離。為了補償減少的鎳催化劑用量，研究人員在陽極結(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次后就會失效，與之相比，采用新型陽極的陶瓷燃料電池經(jīng)過100多次還原氧化循環(huán)后，電池依然顯示無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：“基于對還原-氧化失效的理解，從設(shè)計到實現(xiàn)，再到評估，我們對新型陽極燃料電池的每個階段都進(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，新型陽極陶瓷燃料電池在其他領(lǐng)域也擁有無限潛力，如出行領(lǐng)域。”