9.6新形势下动力电池行业的机遇与挑战

乔治亚理工与中国、沙特合作研发燃料电池多相催化剂

盖世汽车网 中字

据外媒报道,乔治亚理工学院的研究人员与中国、沙特阿拉伯的同行们共同研发了一款多相催化剂(multi-phase catalyst),该产品符合理性设计(rationally designed)的要求,可大幅提升最新款固体氧化物燃料电池阴极(solid oxide fuel cell cathode)的氧还原动力学(kinetics of oxygen reduction)。

乔治亚理工与中国、沙特合作研发燃料电池多相催化剂

该款催化剂适用于其他储能及能量转换系统,包括:金属空气电池、超级电容、电解器(electrolyzers)、染色敏化的太阳能电池(dye-sensitized solar cells)及光触媒(photocatalysis)。

该款催化剂可被用作为涂层,厚度仅为24纳米,内含两款互联纳米技术方案。

首先,其纳米颗粒物极易吸引氧原子,从而捕获氧分子,使流入电子(inflowing electrons)能快速与之发生反应,从而减少杨分子,并将其分拆分为两个单独的氧离子(均为O2-)。然后,所谓的氧空位(oxygen vacancies)将形成于纳米颗粒物结构内,并吸附阳离子,使后者进入催化剂的第二相(second phase)。

第二相是一款涂层,其富含氧空位,可使阳离子能快速穿过该涂层并抵达其最终位置。

氧离子能快速穿过并进入燃料电池后,离子化氢(ionized hydrogen)或另一款给电子体(electron donor)(如甲烷或天然气)将与阳离子发生反应,然后生成水,最后从燃料电池内流出。若氧离子与甲烷发生反应,则会排出纯二氧化碳,该气体可被捕获并经循环再利用,重新回到燃料电池内。

在第一阶段,有两种不同类型的纳米颗粒物在活动(at work)。两种纳米颗粒物均含有钴(cobalt),这两类颗粒物还分别含有钡(barium)及镨(praseodymium)元素。

若欲使当前的燃料电池在高工况温度(High operating temperatures)下使用,该燃料电池就需内含价格高昂的防护涂层及冷却材料。然而,研究人员认为,该款催化剂或有助于降低电池的工况温度,主要得益于该催化剂能降低当前燃料电池化学物质的固有电阻(electrical resistance inherent),或许能借此降低其材料的总成本。

该催化剂在第二阶段呈现晶格状(lattice),其内含钡、镨、钙及钴(PBCC)元素。除催化功能外,PBCC涂层还能防止电池的阴极出现降解,从而缩短电池或类似设备的使用寿命。

最为关键的阴极材料包含镧(lanthanum)、锶(strontium)、钴、铁(镧锶钴铁,LSCF)等金属,上述材质已成为业内标配材料。

LSCF的制造体系已相当完善,若为该类产品添加新款催化剂,或许能实现上述功能。研究人员还考虑采用全新的催化剂材料,目前正致力于研发另一款催化剂,旨在推动燃料电池阳极的氧化反应。

作者:李文龙

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