KAIST团队开发了新型SOFC阳极,解决了间歇性运行问题

高温固体氧化物燃料电池(SOFC)对于将化学燃料直接转化为电能非常有效。与使用昂贵的铂催化剂的低温聚合物电解质燃料电池相反,可以在这些电池中使用廉价的催化剂,例如镍。镍通常占陶瓷燃料电池阳极体积的约40%。近日,KAIST团队开发了新型SOFC阳极,解决了间歇性运行问题。

然而,由于镍在高温下会聚结,当陶瓷燃料电池伴随着停止-重新启动循环的氧化还原过程时,会发生不可控制的膨胀。反复的通断开关会在阳极引起还原-氧化(氧化还原)循环,从而导致SOFC电池发生灾难性故障。这限制了在具有间歇性操作的用例中使用SOFC。

现在,由韩国科学技术研究院(KIST)能源材料研究中心的Ji Ji-Won Son博士领导的团队,通过与韩国科学技术研究院(KAIST)的Seung Min Han教授的联合研究,开发出了一种新型阳极,该阳极通过使用薄膜技术,大幅减少阳极中镍催化剂的数量和尺寸,从而抑制了由还原-氧化循环引起的劣化。研究成果发表在《材料学报》

KAIST团队开发了SOFC阳极,解决了间歇性运行问题
陶瓷燃料电池氧化还原循环的概念图以及与传统燃料板的劣化率的比较

KIST的Ji-Won Son博士的团队开发了一种新型阳极概念,其中所含镍的量要​​比传统SOFC少1/20。这种含镍量的降低使得阳极中的镍颗粒能够保持相互隔离。

为了补偿减少的镍催化剂的量,通过实现阳极结构,利用薄膜沉积工艺将纳米镍颗粒均匀地分布在陶瓷基体中,从而大大增加了镍的表面积。

在利用这种新型阳极的陶瓷燃料电池中,与传统的陶瓷燃料电池相比,即使经过100多次还原氧化循环,也没有发现陶瓷燃料电池的性能恶化或降低,而传统的陶瓷燃料电池在不到20次循环后就失效了。

此外,尽管镍含量大幅降低,但与传统电池相比,新型阳极陶瓷燃料电池的功率输出提高了1.5倍。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

KAIST团队开发了SOFC阳极,解决了间歇性运行问题

新型阳极的设计和制造过程示意图。图片来源:韩国科学技术学院(KIST)

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