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燃料動力電池多項催化劑或將被研發

鉅大LARGE  |  點擊量:530次  |  2022年03月01日  

據外媒報道,喬治亞理工學院的研究人員與中國、沙特阿拉伯的同行們共同研發了一款多相催化劑(multi-phasecatalyst),該產品符合理性設計(rationallydesigned)的要求,可大幅提升最新款固體氧化物燃料電池陰極(solidoxidefuelcellcathode)的氧還原動力學(kineticsofoxygenreduction)。


該款催化劑適用于其他儲能及能量轉換系統,包括:金屬空氣電池、超級電容、電解器(electrolyzers)、染色敏化的太陽能電池(dye-sensitizedsolarcells)及光觸媒(photocatalysis)。


該款催化劑可被用作為涂層,厚度僅為24納米,內含兩款互聯納米技術方案。


首先,其納米顆粒物極易吸引氧原子,從而捕獲氧分子,使流入電子(inflowingelectrons)能快速與之發生反應,從而減少楊分子,并將其分拆分為兩個單獨的氧離子(均為O2-)。然后,所謂的氧空位(oxygenvacancies)將形成于納米顆粒物結構內,并吸附陽離子,使后者進入催化劑的第二相(secondphase)。


第二相是一款涂層,其富含氧空位,可使陽離子能快速穿過該涂層并抵達其最終位置。

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氧離子能快速穿過并進入燃料電池后,離子化氫(ionizedhydrogen)或另一款給電子體(electrondonor)(如甲烷或天然氣)將與陽離子發生反應,然后生成水,最后從燃料電池內流出。若氧離子與甲烷發生反應,則會排出純二氧化碳,該氣體可被捕獲并經循環再利用,重新回到燃料電池內。


在第一階段,有兩種不同類型的納米顆粒物在活動(atwork)。兩種納米顆粒物均含有鈷(cobalt),這兩類顆粒物還分別含有鋇(barium)及鐠(praseodymium)元素。


若欲使當前的燃料電池在高工況溫度(Highoperatingtemperatures)下使用,該燃料電池就需內含價格高昂的防護涂層及冷卻材料。然而,研究人員認為,該款催化劑或有助于降低電池的工況溫度,主要得益于該催化劑能降低當前燃料電池化學物質的固有電阻(electricalresistanceinherent),或許能借此降低其材料的總成本。


該催化劑在第二階段呈現晶格狀(lattice),其內含鋇、鐠、鈣及鈷(PBCC)元素。除催化功能外,PBCC涂層還能防止電池的陰極出現降解,從而縮短電池或類似設備的使用壽命。


最為關鍵的陰極材料包含鑭(lanthanum)、鍶(strontium)、鈷、鐵(鑭鍶鈷鐵,LSCF)等金屬,上述材質已成為業內標配材料。

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LSCF的制造體系已相當完善,若為該類產品添加新款催化劑,或許能實現上述功能。研究人員還考慮采用全新的催化劑材料,目前正致力于研發另一款催化劑,旨在推動燃料電池陽極的氧化反應。(本文圖片選自greencarcongress.com)。




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