氫能觀察消息，近日韓國(guó)的一個(gè)研究小組開(kāi)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(shí)間。

這一進(jìn)步有助于擴(kuò)展陶瓷燃料電池的引用范圍。由于需要頻繁啟動(dòng)，到目前為止陶瓷燃料電池僅僅應(yīng)用于大規(guī)模發(fā)電。借助這一新技術(shù)，電動(dòng)汽車、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域也將有機(jī)會(huì)使用陶瓷燃料電池。

韓國(guó)科學(xué)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(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，通過(guò)與韓國(guó)高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究院的 Seung Min Han 教授聯(lián)合研究，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)——通過(guò)使用薄膜技術(shù)顯著減少陽(yáng)極中鎳催化劑的數(shù)量和尺寸，抑制氧化還原反應(yīng)循環(huán)帶來(lái)的老化，這是陶瓷燃料電池退化的一個(gè)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(duì)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(jià)的催化劑，如鎳。鎳通常約占陶瓷燃料電池陽(yáng)極體積的40% 。然而，由于鎳團(tuán)聚體在高溫下，當(dāng)陶瓷燃料電池暴露于伴隨停止-再啟動(dòng)循環(huán)的氧化和還原過(guò)程，不可控制的膨脹發(fā)生。這導(dǎo)致了整個(gè)陶瓷燃料電池結(jié)構(gòu)的破壞。這個(gè)致命的缺點(diǎn)已經(jīng)阻止了由陶瓷燃料電池產(chǎn)生電力的應(yīng)用，需要頻繁的啟動(dòng)。


為了克服這個(gè)問(wèn)題，韓國(guó)科技技術(shù)研究院的孫智元博士的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的陽(yáng)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(yáng)極中的鎳粒子能夠彼此隔離。為了補(bǔ)償鎳催化劑的減少量，通過(guò)實(shí)現(xiàn)陽(yáng)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(yáng)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(guò)100多個(gè)氧化還原反應(yīng)循環(huán)，也沒(méi)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(guò)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(yáng)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(xiàng)研究的重要性，他說(shuō): “我們對(duì)新型陽(yáng)極燃料電池的研究是系統(tǒng)地進(jìn)行從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)和評(píng)估的每一個(gè)階段，基于我們對(duì)陶瓷燃料電池破壞的主要原因之一的氧化還原反應(yīng)失效的理解。”

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

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