最近，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院宣布，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院能源材料研究中心的Son Ji-Won博士的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種高性能薄膜陶瓷燃料電池，可以在600℃以下的中低溫下使用丁烷燃料。

由于丁烷可以液化，便于儲(chǔ)存和攜帶，這項(xiàng)新技術(shù)有望將陶瓷燃料電池的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到電動(dòng)汽車(chē)、機(jī)器人和無(wú)人機(jī)等便攜式和移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域。此前，陶瓷燃料電池由于其高溫運(yùn)行特性，被認(rèn)為僅能應(yīng)用于大容量發(fā)電系統(tǒng)中。

高溫陶瓷燃料電池的局限

一般來(lái)說(shuō)，陶瓷燃料電池的工作溫度都在800℃以上，這是因?yàn)樵?/span>高溫條件下，就能使用廉價(jià)的催化劑，如鎳；而聚合物電解質(zhì)燃料電池這樣的低溫燃料電池，就需要使用高價(jià)鉑催化劑來(lái)補(bǔ)充其低催化活性。高溫燃料電池還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是能使用除純氫以外的各種燃料，如液化石油氣和液化天然氣，不僅效率高而且排放量還低。

然而，具有諷刺意味的是，盡管高溫燃料電池能使用廉價(jià)的催化劑，但它的運(yùn)行卻需要昂貴的耐火材料和制造技術(shù)。另外由于它系統(tǒng)的高溫運(yùn)行特性，使其開(kāi)關(guān)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，限制了高溫燃料電池在大型靜止發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

目前，世界各地的許多研究團(tuán)隊(duì)都在致力于薄膜陶瓷燃料電池的研究，希望能得到既在低溫下運(yùn)行又不會(huì)造成性能損失的電池產(chǎn)品。但不幸的是，低溫操作會(huì)導(dǎo)致陶瓷燃料電池失去可使用各種燃料的重要優(yōu)勢(shì)。當(dāng)陶瓷燃料電池的鎳催化劑與甲烷、丙烷、丁烷等烴類(lèi)燃料配合使用時(shí)，燃料轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的碳會(huì)沉積在鎳表面，隨著溫度的降低，這種情況會(huì)越來(lái)越惡化，最終導(dǎo)致電池報(bào)廢。

陶瓷燃料電池的新進(jìn)展

但Son Ji-Won 博士的研究小組通過(guò)采用薄膜技術(shù)，結(jié)合更容易轉(zhuǎn)化燃料的高性能二級(jí)催化劑，解決了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)交替沉積二級(jí)催化劑和主催化劑層，研究小組能夠有效地將二級(jí)催化劑分布在燃料電極最靠近電解液的部位。通過(guò)這種方法，可以控制少量但有效定位的二級(jí)催化劑的摻入。

利用這種方法，KIST研究小組能夠成功地將鈀（Pd）、釕（Ru）和銅（Cu）等在低溫下具有高催化活性的二級(jí)催化劑應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)燃料電極。他們證實(shí)了新開(kāi)發(fā)的薄膜基陶瓷燃料電池能在中低溫（500-600℃）下高性能運(yùn)行，而且還能使用丁烷這種非常便宜的燃料。

來(lái)源：韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院

粉體圈 Coco編譯