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韓國研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種陶瓷燃料電池，具有薄膜沉積技術(shù)的納米結(jié)構(gòu)鎳催化劑，既確保了穩(wěn)定性、高性能，同時(shí)將催化劑用量減少到1/20。

  因此，該技術(shù)將打破陶瓷燃料電池由于難以頻繁啟動(dòng)而只能用于大規(guī)模發(fā)電的制約，有望將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大到新的領(lǐng)域。


  研究表明，這種新的概念技術(shù)，能夠抑制氧化還原循環(huán)造成的破壞，這是陶瓷燃料電池破壞的主要原因。

  陶瓷燃料電池是高溫燃料電池的代表，其特點(diǎn)是運(yùn)行在800℃以上的高溫環(huán)境。由于這一點(diǎn)，其活性很高，不像聚合物電解質(zhì)燃料電池必須使用昂貴的高活性鉑催化劑，陶瓷燃料電池可以使用便宜的催化劑，如鎳。然而，當(dāng)占陽極體積40%左右的鎳在高溫操作條件下相遇、聚集，并因反復(fù)停止-重啟而暴露于氧化還原過程時(shí)，鎳膨脹、收縮，導(dǎo)致了陶瓷燃料電池的整體結(jié)構(gòu)被破壞。致命的缺點(diǎn)是無法多次重啟，使得陶瓷燃料電池很難用于大規(guī)模發(fā)電以外的應(yīng)用。


  韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)的Jiwon Sohn博士的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的概念燃料電池，將鎳含量降低到2%，也就是現(xiàn)有陽極鎳含量的1/20，這樣陽極中的鎳顆粒就不會(huì)聚集在一起。通過將鎳催化劑的尺寸減小至納米水平，增加了表面積以補(bǔ)償催化劑含量的降低。同時(shí)尺寸非常小的催化劑顆粒薄而均勻地分布在陽極薄膜層中，能夠防止鎳顆粒匯聚的過程。

  將開發(fā)的新概念陽極應(yīng)用于燃料電池并對(duì)其進(jìn)行操作的結(jié)果是，即使超過100次循環(huán)，也不會(huì)破壞電極或降低性能，這比常規(guī)陶瓷燃料電池的穩(wěn)定性高出5倍以上，之前的產(chǎn)品在少于20次氧化還原循環(huán)的情況下就會(huì)被破壞。而且，由于鎳顆粒的納米化，陶瓷燃料電池的性能比現(xiàn)有技術(shù)提高了1.5倍，從而在穩(wěn)定性和性能上都有了顯著的進(jìn)步。

  Jiwon Sohn博士說，“這項(xiàng)研究的結(jié)果是對(duì)一種新型概念電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造評(píng)估的系統(tǒng)研究，該電極結(jié)構(gòu)可以有效抑制由于氧化還原而導(dǎo)致的鎳聚集和破壞，這是陶瓷燃料電池衰減的主要原因。”他說：“我們已經(jīng)確認(rèn)有可能通過同時(shí)提高陶瓷燃料電池的穩(wěn)定性和性能，從而將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大，并延長其使用壽命。”

  本研究得到韓國科技和信息通信技術(shù)部(Minister Ki-Young Choi)的支持，并作為韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)的重大項(xiàng)目、韓國國家研究基金會(huì)的全球前沿項(xiàng)目和中型研究人員的支持項(xiàng)目來進(jìn)行。研究成果發(fā)表在金屬材料工程領(lǐng)域的國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Acta Materialia》上。 

原標(biāo)題：新型陶瓷燃料電池只需1/20的鎳，性能卻增加了1.5倍