研究人员通过减少镍含量 改善陶瓷燃料电池的稳定性和性能

据外媒报道，韩国研究团队发明了一种高稳定性、高性能的陶瓷燃料电池，其镍含量非常低，仅为传统陶瓷燃料电池的1/20。因为频繁启动会带来很多问题，目前陶瓷燃料电池只在大型电站使用，但有望推广到新的领域，如电动汽车、机器人、无人机等。通常用于低温聚合物电解质燃料电池的铂催化剂非常昂贵。相反，高温燃料电池，如陶瓷燃料电池，通常在800℃或更高的温度下工作，使用镍等廉价催化剂，镍的体积约占电池阳极的40%。但由于镍在高温下容易堵塞，陶瓷燃料电池在启停氧化还原过程中会不受控制地膨胀，从而破坏整个陶瓷燃料电池结构。因此，陶瓷燃料电池不能为需要频繁启动的应用供电。

(图片来源:Acta Materialia)为了解决这一问题，能源材料研究中心的Ji-Won Son博士和韩国科学技术院(KAIST)的Seung韩民教授共同开发了一种新的阳极概念，通过减少阳极镍催化剂的数量和尺寸来抑制还原氧化循环导致的电池性能退化，而还原氧化反应是陶瓷燃料电池退化的主要原因。减少镍的量将使阳极中的镍颗粒保持一定距离。为了弥补镍催化剂量的减少，研究人员在阳极结构中使用了薄膜沉积工艺，将镍纳米颗粒均匀分布在整个陶瓷基体中，从而大大增加了镍的表面积。传统的陶瓷燃料电池在不到20次循环后就会失效。相比之下，具有新阳极的陶瓷燃料电池在超过100次还原和氧化循环后仍未显示出退化并保持良好的性能。此外，虽然镍含量大大降低，但新型阳极陶瓷燃料电池的功率输出比常规电池高1.5倍。Ji-Won Son博士表示:“基于对还原氧化失效的认识，我们系统地研究了新阳极燃料电池从设计到实施再到评估的每一个阶段。其中，还原氧化反应是陶瓷燃料电池破坏的主要原因。”孙博士说:“除了发电厂，新的阳极陶瓷燃料电池在其他领域也有无限的潜力，比如旅行。”据外媒报道，韩国研究团队发明了一种高稳定性、高性能的陶瓷燃料电池，其镍含量非常低，仅为传统陶瓷燃料电池的1/20。因为频繁启动会带来很多问题，目前陶瓷燃料电池只在大型电站使用，但有望推广到新的领域，如电动汽车、机器人、无人机等。通常用于低温聚合物电解质燃料电池的铂催化剂非常昂贵。相反，高温燃料电池，如陶瓷燃料电池，通常在800℃或更高的温度下工作，使用镍等廉价催化剂，镍的体积约占电池阳极的40%。但由于镍在高温下容易堵塞，陶瓷燃料电池在启停氧化还原过程中会不受控制地膨胀，从而破坏整个陶瓷燃料电池结构。因此，陶瓷燃料电池不能为需要频繁启动的应用供电。

(图片来源:Acta Materialia)为了解决这一问题，能源材料研究中心的Ji-Won Son博士和韩国科学技术院(KAIST)的Seung韩民教授共同开发了一种新的阳极概念，通过减少阳极镍催化剂的数量和尺寸来抑制还原氧化循环导致的电池性能退化，而还原氧化反应是陶瓷燃料电池退化的主要原因。减少镍的量将使阳极中的镍颗粒保持一定距离。为了弥补镍催化剂量的减少，研究人员在阳极结构中使用了薄膜沉积工艺，将镍纳米颗粒均匀分布在整个陶瓷基体中，从而大大增加了镍的表面积。传统的陶瓷燃料电池在不到20次循环后就会失效。相比之下，具有新阳极的陶瓷燃料电池仍然显示出n……在超过100次还原和氧化循环后降解并保持良好的性能。此外，虽然镍含量大大降低，但新型阳极陶瓷燃料电池的功率输出比常规电池高1.5倍。Ji-Won Son博士表示:“基于对还原氧化失效的认识，我们系统地研究了新阳极燃料电池从设计到实施再到评估的每一个阶段。其中，还原氧化反应是陶瓷燃料电池破坏的主要原因。”孙博士说:“除了发电厂，新的阳极陶瓷燃料电池在其他领域也有无限的潜力，比如旅行。”

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