最近與韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)(UNIST)合作的一項(xiàng)研究中介紹了一種新型催化劑，可顯著提高固體氧化物燃料電池(SOFC)中鈣鈦礦電極的性能。

這一突破是由UNIST的能源與化學(xué)工程學(xué)院的Gunatae Kim教授與Sukmyeong女子大學(xué)的Jeeyoung Shin教授，首爾大學(xué)的Jeong Woo Hn以及UNIST的Hu Young Jeong教授共同合作領(lǐng)導(dǎo)的。新的催化劑形成一種合金，其中燃料電池的內(nèi)部材料在燃料電池運(yùn)行期間上升到表面。因此，即使直接使用碳?xì)浠衔锼膊粫?huì)被破壞，并保持性能。

該研究首次報(bào)道了催化材料自身制造合金以提高反應(yīng)效率的現(xiàn)象。該研究結(jié)果于2018年9月發(fā)表在“Journal of Materials ChemistryA”期刊上，并被選為2018年“Journal of Materials Chemistry A”的熱門論文之一。

固體氧化物燃料電池(SOFC)有可能成為替代能源轉(zhuǎn)換裝置的下一個(gè)重大突破。固體氧化物燃料電池的一個(gè)巨大吸引力在于：它們可以更有效地使用物豐價(jià)廉的天然氣，與傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)相比，產(chǎn)生的二氧化碳排放總量更少。他們利用氫氣和氧氣結(jié)合的簡(jiǎn)單反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電力，水是副產(chǎn)品。

開發(fā)價(jià)格低廉的氫燃料電池的主要挑戰(zhàn)之一就是存儲(chǔ)。這是因?yàn)闅涫蔷哂斜?炸性的，并且需要昂貴的容器才能安全存放。因此，使用諸如頁(yè)巖氣，天然氣，甲烷，丙烷和丁烷氣等碳?xì)浠衔镩_發(fā)固體氧化物燃料電池的研究的數(shù)量大大增加。

然而，如果常規(guī)的固體氧化物燃料電池中使用的催化劑是烴基燃料，則其性能就會(huì)急劇下降。這是因?yàn)榇呋瘎┍砻姹粺N類燃料中含有的碳或硫污染，從而使性能劣化。為解決此問(wèn)題，需要額外的工藝來(lái)添加催化劑(增強(qiáng)性能的材料)。

研究團(tuán)隊(duì)用一種采用層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型催化劑解決了這一問(wèn)題。這項(xiàng)研究的核心是建立一個(gè)雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(鈷，鎳)，這有助于電氣生產(chǎn)所需的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)燃料電池運(yùn)行時(shí)，它就會(huì)自行形成。

“已知鈷和鎳是固體燃料電池操作的有效催化材料。”在UNIST的能源與化學(xué)工程系的博士兼本研究的第一作者Ohhun Kwon說(shuō)。“以前，這些材料是用來(lái)制造電極的，而新的催化劑在形成鈷鎳合金時(shí)仍保持性能。

研究人員開發(fā)的催化劑直接使用甲烷氣體作為燃料，運(yùn)行穩(wěn)定，超過(guò)500小時(shí)還沒(méi)有電流下降的情況發(fā)生。另外，催化劑的反應(yīng)效率是先前報(bào)道的催化劑反應(yīng)效率的四倍。

“現(xiàn)有的固體氧化物燃料電池陽(yáng)極材料(催化劑)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法可靠運(yùn)行，即使直接使用碳?xì)浠衔锶剂蠒r(shí)它表現(xiàn)出高性能，”領(lǐng)導(dǎo)該研究的Kim教授說(shuō)。新開發(fā)的金屬合金催化劑具有優(yōu)異的催化性能，對(duì)燃料電池的推廣具有重要意義。