圖片顯示的為：合金溶出的過程。圖片來源：韓國蔚山科學技術(shù)大學

最近與韓國蔚山科學技術(shù)大學(UNIST)合作的一項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動力電池(SOFC)中鈣鈦礦電極的性能。

這一突破是由UNIST的能源與化學工程學院的GunataeKim教授與Sukmyeong女子大學的JeeyoungShin教授，首爾大學的JeongWooHn以及UNIST的HuYoungJeong教授共同合作領(lǐng)導的。新的催化劑形成一種合金，其中燃料動力電池的內(nèi)部材料在燃料動力電池運行期間上升到表面。因此，即使直接使用碳氫化合物它也不會被破壞，并保持性能。

該研究首次報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年九月發(fā)表在“JournalofMaterialsChemistryA”期刊上，并被選為2018年“JournalofMaterialsChemistryA”的熱門論文之一。

固體氧化物燃料動力電池(SOFC)有可能成為替代能源轉(zhuǎn)換裝置的下一個重大突破。固體氧化物燃料動力電池的一個巨大吸引力在于：它們可以更加有效地使用物豐價廉的天然氣，與傳統(tǒng)的燃氣輪機相比，出現(xiàn)的二氧化碳排放總量更少。他們利用氫氣和氧氣結(jié)合的簡單反應(yīng)來出現(xiàn)電力，水是副產(chǎn)品。

開發(fā)價格低廉的氫燃料動力電池的重要挑戰(zhàn)之一就是存儲。這是因為氫是具有爆炸性的，并且要昂貴的容器才能安全存放。因此，使用諸如頁巖氣，天然氣，甲烷，丙烷和丁烷氣等碳氫化合物開發(fā)固體氧化物燃料動力電池的研究的數(shù)量大大新增。

然而，假如常規(guī)的固體氧化物燃料動力電池中使用的催化劑是烴基燃料，則其性能就會急劇下降。這是因為催化劑表面被烴類燃料中含有的碳或硫污染，從而使性能劣化。為解決此問題，要額外的工藝來添加催化劑(增強性能的材料)。

研究團隊用一種采用層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)設(shè)計的新型催化劑解決了這一問題。這項研究的核心是建立一個雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(鈷，鎳)，這有助于電氣生產(chǎn)所需的化學反應(yīng)，當燃料動力電池運行時，它就會自行形成。

“已知鈷和鎳是固體燃料動力電池操作的有效催化材料?！痹赨NIST的能源與化學工程系的博士兼本研究的第一作者OhhunKwon說?！耙郧埃@些材料是用來制造電極的，而新的催化劑在形成鈷鎳合金時仍保持性能。

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

“現(xiàn)有的固體氧化物燃料動力電池陽極材料(催化劑)在很長一段時間內(nèi)無法可靠運行，即使直接使用碳氫化合物燃料時它表現(xiàn)出高性能，”領(lǐng)導該研究的Kim教授說。新開發(fā)的金屬合金催化劑具有優(yōu)異的催化性能，對燃料動力電池的推廣具有重要意義。