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使用少量的金屬延長燃料電池的壽命

2018-03-29 15:33:26 材料牛  點(diǎn)擊量: 評論 (0)
【概要】研究人員已經(jīng)描述了一種新技術(shù),以改善電極材料的化學(xué)穩(wěn)定性,可通過使用極少量的金屬來延長壽命。研究小組使用計算化學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

【概要】研究人員已經(jīng)描述了一種新技術(shù),以改善電極材料的化學(xué)穩(wěn)定性,可通過使用極少量的金屬來延長壽命。研究小組使用計算化學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察到,鈣鈦礦電極晶格中Sr原子周圍的局部壓縮態(tài)減弱了Sr-O鍵的強(qiáng)度,從而促進(jìn)了鍶的分離。

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【圖注】電極中的晶格應(yīng)變程度,鍶偏析和電極反應(yīng)之間的相關(guān)性。

燃料電池是未來關(guān)鍵的能源技術(shù),可成為環(huán)保的可再生能源。特別是由陶瓷材料構(gòu)成的固體氧化物燃料電池,由于其將生物質(zhì),LNG和LPG等各種形式的燃料直接轉(zhuǎn)化為電能的能力而受到越來越多的關(guān)注。KAIST的研究人員描述了一種新技術(shù),提高電極材料的化學(xué)穩(wěn)定性,可以通過使用極少量的金屬來延長壽命。

決定固體氧化物燃料電池性能的核心因素是發(fā)生氧還原反應(yīng)的陰極,通常在陰極中使用具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物(ABO3)。然而,盡管鈣鈦礦氧化物在初始操作中具有高性能,但其性能隨時間而下降,限制了其長期使用。特別是陰極運(yùn)行所需的高溫氧化態(tài)的條件導(dǎo)致表面偏析現(xiàn)象,其中氧化鍶(SrOx)等第二相在氧化物表面積累,導(dǎo)致電極性能下降。

利用計算化學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),材料科學(xué)與工程系的WooChul Jung教授團(tuán)隊(duì)觀察到,鈣鈦礦電極晶格中Sr原子周圍的局部壓縮態(tài)減弱了Sr-O鍵強(qiáng)度,從而促進(jìn)了鍶的分離。該小組發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦氧化物中應(yīng)變分布的局部變化是鍶表面分離的主要原因。基于這些發(fā)現(xiàn),該團(tuán)隊(duì)在氧化物中摻入不同尺寸的金屬以控制陰極材料中的晶格應(yīng)變程度,并有效地抑制鍶偏析。

WooChul Jung教授說:“這項(xiàng)技術(shù)可以通過在材料合成過程中加入少量的金屬原子來實(shí)現(xiàn),而不需要額外的工藝。我希望這項(xiàng)技術(shù)在開發(fā)高耐用的鈣鈦礦氧化物電極方面將卓有成效。”

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