氫能觀察消息，近日韓國的一個研究小組開發(fā)出一種陶瓷燃料電池，將所需的催化劑量減少20倍并能夠兼顧穩(wěn)定性與高性能，有效延緩電池老化時間。

這一進步有助于擴展陶瓷燃料電池的引用范圍。由于需要頻繁啟動，到目前為止陶瓷燃料電池僅僅應用于大規(guī)模發(fā)電。借助這一新技術(shù)，電動汽車、機器人和無人機等領(lǐng)域也將有機會使用陶瓷燃料電池。

韓國科學技術(shù)研究院宣布，能源材料研究中心的孫智元博士（Dr.Ji-Won Son）領(lǐng)導的團隊，通過與韓國高級科學技術(shù)研究院的 Seung Min Han 教授聯(lián)合研究，已經(jīng)開發(fā)出一種新技術(shù)——通過使用薄膜技術(shù)顯著減少陽極中鎳催化劑的數(shù)量和尺寸，抑制氧化還原反應循環(huán)帶來的老化，這是陶瓷燃料電池退化的一個主要原因。

陶瓷燃料電池是高溫燃料電池的代表，一般在零下800攝氏度或更高的高溫下工作。因此，相對于使用昂貴鉑催化劑的低溫聚合物電解質(zhì)燃料電池，可以在這些電池中使用廉價的催化劑，如鎳。鎳通常約占陶瓷燃料電池陽極體積的40% 。然而，由于鎳團聚體在高溫下，當陶瓷燃料電池暴露于伴隨停止-再啟動循環(huán)的氧化和還原過程，不可控制的膨脹發(fā)生。這導致了整個陶瓷燃料電池結(jié)構(gòu)的破壞。這個致命的缺點已經(jīng)阻止了由陶瓷燃料電池產(chǎn)生電力的應用，需要頻繁的啟動。


為了克服這個問題，韓國科技技術(shù)研究院的孫智元博士的團隊開發(fā)了一種新的陽極概念，其含鎳量顯著減少，僅為傳統(tǒng)陶瓷燃料電池的1/20。這種減少的鎳含量使得陽極中的鎳粒子能夠彼此隔離。為了補償鎳催化劑的減少量，通過實現(xiàn)陽極結(jié)構(gòu)，使用薄膜沉積工藝將鎳納米顆粒均勻地分布在陶瓷基體中，從而大大提高了鎳的表面積。

在使用這種新型陽極的陶瓷燃料電池中，與傳統(tǒng)的陶瓷燃料電池相比，陶瓷燃料電池即使經(jīng)過100多個氧化還原反應循環(huán)，也沒有出現(xiàn)老化或性能下降的情況，而傳統(tǒng)的陶瓷燃料電池經(jīng)過不到20次循環(huán)就失效了。此外，盡管鎳含量大幅度降低，新型陽極陶瓷燃料電池的功率輸出比傳統(tǒng)電池提高了1.5倍。

孫智元博士解釋了這項研究的重要性，他說: “我們對新型陽極燃料電池的研究是系統(tǒng)地進行從設(shè)計到實現(xiàn)和評估的每一個階段，基于我們對陶瓷燃料電池破壞的主要原因之一的氧化還原反應失效的理解。”

孫博士還評論說: “將這些陶瓷燃料電池應用于發(fā)電廠以外的領(lǐng)域的潛力是巨大的，比如移動性。”

這項研究得到了 KIST 的機構(gòu)研究項目全球多尺度能源系統(tǒng)研發(fā)前沿中心和科學與信息技術(shù)部(MSIT)中期職業(yè)研究項目的資助。研究結(jié)果發(fā)表在《材料學報》(Acta Materialia)上，這是一本在冶金學領(lǐng)域獲得高度認可的期刊。