2018年03月22日 | 乔治亚理工与中国、沙特合作研发燃料电池多相催化剂

2018-03-22

据外媒报道，乔治亚理工学院的研究人员与中国、沙特阿拉伯的同行们共同研发了一款多相催化剂（multi-phase catalyst），该产品符合理性设计（rationally designed）的要求，可大幅提升最新款固体氧化物燃料电池阴极（solid oxide fuel cell cathode）的氧还原动力学（kinetics of oxygen reduction）。

该款催化剂适用于其他储能及能量转换系统，包括：金属空气电池、超级电容、电解器（electrolyzers）、染色敏化的太阳能电池（dye-sensitized solar cells）及光触媒（photocatalysis）。

该款催化剂可被用作为涂层，厚度仅为24纳米，内含两款互联纳米技术方案。

首先，其纳米颗粒物极易吸引氧原子，从而捕获氧分子，使流入电子（inflowing electrons）能快速与之发生反应，从而减少杨分子，并将其分拆分为两个单独的氧离子（均为O2-）。然后，所谓的氧空位（oxygen vacancies）将形成于纳米颗粒物结构内，并吸附阳离子，使后者进入催化剂的第二相（second phase）。

第二相是一款涂层，其富含氧空位，可使阳离子能快速穿过该涂层并抵达其最终位置。

氧离子能快速穿过并进入燃料电池后，离子化氢（ionized hydrogen）或另一款给电子体（electron donor）（如甲烷或天然气）将与阳离子发生反应，然后生成水，最后从燃料电池内流出。若氧离子与甲烷发生反应，则会排出纯二氧化碳，该气体可被捕获并经循环再利用，重新回到燃料电池内。

在第一阶段，有两种不同类型的纳米颗粒物在活动（at work）。两种纳米颗粒物均含有钴（cobalt），这两类颗粒物还分别含有钡（barium）及镨（praseodymium）元素。

若欲使当前的燃料电池在高工况温度（High operating temperatures）下使用，该燃料电池就需内含价格高昂的防护涂层及冷却材料。然而，研究人员认为，该款催化剂或有助于降低电池的工况温度，主要得益于该催化剂能降低当前燃料电池化学物质的固有电阻（electrical resistance inherent），或许能借此降低其材料的总成本。

该催化剂在第二阶段呈现晶格状（lattice），其内含钡、镨、钙及钴（PBCC）元素。除催化功能外，PBCC涂层还能防止电池的阴极出现降解，从而缩短电池或类似设备的使用寿命。

最为关键的阴极材料包含镧（lanthanum）、锶（strontium）、钴、铁（镧锶钴铁，LSCF）等金属，上述材质已成为业内标配材料。

LSCF的制造体系已相当完善，若为该类产品添加新款催化剂，或许能实现上述功能。研究人员还考虑采用全新的催化剂材料，目前正致力于研发另一款催化剂，旨在推动燃料电池阳极的氧化反应。

乔治亚理工中国沙特燃料电池多相催化剂

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