韓國能源研究院(KIER)的Yoonseok Choi博士、KAIST的WooChul Jung教授、釜山國立大學的Beom-Kyung Park教授共同合作,開發了一種催化劑涂層技術,可以在4分鐘內顯著提高固體氧化物燃料電池(SOFCs)的性能。這一突破有可能通過提高燃料電池的效率和清潔能源能力,推動氫經濟向前發展。
固體氧化物燃料電池(SOFC)因其發電效率高,可以使用氫氣、沼氣、天然氣等多種燃料而備受關注。然而,SOFC的性能在很大程度上取決于空氣電極(陰極)上發生的氧還原反應(ORR)的動力學,該反應比燃料電極(陽極)上的反應慢,從而限制了總體反應速率。 提高廣泛使用的LSM-YSZ復合電極的性能研究小組沒有開發新的空氣電極材料,而是專注于提高LSM-YSZ復合電極的性能,這種材料因其優異的穩定性而被廣泛應用于工業。他們開發了一種涂層工藝,將納米級氧化鐠(PrOx)催化劑涂在復合電極表面,能夠促進氧還原反應。 研究人員介紹了一種在室溫和常壓下操作的電化學沉積方法,不需要復雜的設備或過程。通過將復合電極浸入含有鐠(Pr)離子的溶液中并施加電流,沉淀形成并均勻地覆蓋在電極上。該涂層經過干燥過程,轉化為保持穩定的氧化物,并在高溫環境下有效促進電極的氧還原反應。整個涂裝過程僅需4分鐘。 極化電阻降低10倍,功率密度提高3倍 研究小組闡明了包覆納米催化劑促進表面氧交換和離子傳導的機理,為催化劑包覆方法解決復合電極反應速率低的問題提供了基礎證據。 對比新型催化劑涂層復合電極和傳統復合電極,通過對比超過400小時的運作數據,研究小組觀察到極化電阻降低了10倍。此外,在650攝氏度下,使用這種涂層電極的SOFC的峰值功率密度(142mW/cm²→418mW/cm²)比沒有涂層的SOFC高三倍。這代表了文獻記錄中使用LSM-YSZ復合電極的SOFC的最高性能。 共同通訊作者Yoonseok Choi博士表示: “我們開發的電化學沉積技術是一種后處理技術,對現有的SOFC制造工藝沒有顯著影響。” “這使得引入氧化物納米催化劑在經濟上可行,增強了其工業適用性。”他還表示:“不僅是SOFC,該技術還可以應用于高溫電解(SOEC)制氫等各種能量轉換裝置。” 該研究結果發表在了世界知名材料專業雜志《先進材料》(Advanced Materials)上,得到了韓國產業通商資源部“新能源及可再生能源核心技術開發事業”和韓國科學信息通信技術部“個人基礎研究事業”的支持。 |