陶瓷燃料电池是一种工作温度超过800摄氏度的高温燃料电池

韩国一个研究小组研发了一种高性能陶瓷燃料电池,可利用丁烷燃料为其提供动力。由于丁烷可以液化,因而易于存储和运输,该项新技术也得以将陶瓷燃料电池的应用范围扩大至电动汽车、机器人和无人机等便携式和移动应用。此前,由于陶瓷燃料电池工作温度很高,被认为只可用于大容量发电系统。

韩国科学技术研究院(KIST)宣布,其能源材料研究中心的Son Ji-Won博士研究团队研发出一种高性能、基于薄膜的陶瓷燃料电池,能够使用丁烷燃料,在600摄氏度的中低温下工作。

陶瓷燃料电池是一种工作温度超过800摄氏度的高温燃料电池。聚合物电解质燃料电池等低温燃料电池需要使用昂贵的铂催化剂,以弥补催化活性较低的特性,与之相比,陶瓷燃料电池的高温特性使其得以使用镍等廉价催化剂。高温燃料电池的另一大优点是,除了纯氢,还可以使用效率高、排放低的LPG(液化石油气)和LNG(液化天然气)等多种燃料。不过,讽刺的是,尽管高温燃料电池可以使用廉价的催化剂,但是仍需要昂贵的耐火材料和生产技术。另一个限制因素是,由于具备高温工作的特点,此类电池系统的开关过程耗时较长,限制其只能应用于大型固定发电系统。

全球很多研究小组都在研发基于薄膜的陶瓷燃料电池,此类电池可以在低温下工作,且不会损失性能。不幸的是,低温运行会导致燃料电池失去一个重要优势,即可以使用各种燃料的能力。当陶瓷燃料电池的镍催化剂与甲烷、丙烷和丁烷等烃类燃料混合使用时,燃料转化过程中产生的碳会沉积在镍的表面,随着温度降低,此种情况会恶化,最终导致电池失效。

Son Ji-Won博士研究团队利用薄膜技术,结合更易转化燃料的高性能次级催化剂,解决了上述问题。利用交替在次级催化剂和主催化剂上形成的沉积层,该团队能够高效地将次级催化剂放置在燃料电池电极最接近电解质的地方,从而可以控制只结合少量次级催化剂,并有效确定次级催化剂的位置。

通过此种方法,KIST研究团队成功将钯(Pd)、钌(Ru)和铜(Cu)等在低温下具有高催化活性的次级催化剂应用于纳米结构的燃料电池电极上。研究人员还证实,基于薄膜的最新陶瓷燃料电池可以使用非常便宜的丁烷燃料,在中低温(500至600摄氏度)条件下工作,且性能很高。

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