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KIST科學(xué)家開發(fā)出用于高溫燃料動力電池的高性能單原子催化劑

鉅大LARGE  |  點擊量:305次  |  2023年07月03日  

據(jù)外媒報道,與要充電的二次電池不同,燃料動力鋰電池是一種以氫氣為燃料、氧氣為氧化劑,直接通過電化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)電能的環(huán)保發(fā)電系統(tǒng)。燃料動力鋰電池有多種類型,其工作溫度和電解質(zhì)材料各不相同。其中,使用陶瓷電解質(zhì)的固體氧化物燃料動力鋰電池(SOFC)受到越來越多的關(guān)注。由于它的工作溫度高達(dá)700攝氏度左右,因此在各種燃料動力鋰電池中效率最高,還可以通過蒸汽分解出現(xiàn)氫氣。


為了實現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化,必須進(jìn)一步提高電池性能,新型高溫催化劑材料備受期待。鉑(Pt)基催化劑在燃料動力鋰電池電極反應(yīng)中表現(xiàn)出如此優(yōu)異的性能。特別是單原子鉑催化劑,由于其獨特的功能性而被積極研究。然而,在高溫下,鉑原子不穩(wěn)定。因此,單原子鉑催化劑只在低溫燃料動力鋰電池中使用,如用于氫能電動汽車的聚合物-電解質(zhì)膜燃料動力鋰電池。


在這種情況下,研究團(tuán)隊開發(fā)出了一種只要少量鉑就能大幅提高性能,并能在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行的催化劑。韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)宣布,其能源材料研究中心的Kyung-JoongYoon博士和Ji-SuShin研究員與漢陽大學(xué)的Yun-JungLee教授共同開發(fā)了一種可用于SOFCs的單原子鉑催化劑。


在他們的研究中,整個鉑原子分布均勻,即使在高溫下也能單獨發(fā)揮用途而不結(jié)塊。實驗證明,它能使電極反應(yīng)速度提高10倍以上。即使在高達(dá)700攝氏度的高溫下也能工作500小時以上,發(fā)電和制氫性能提高3-4倍。該技術(shù)有望加速下一代環(huán)保燃料動力鋰電池--固體氧化物燃料動力鋰電池(SOFCs)的商業(yè)化進(jìn)程。


研究團(tuán)隊聯(lián)合開發(fā)的單原子催化劑是由鉑原子和氧化鈰納米顆粒組合而成。每一個鉑原子都被單獨分散在氧化鈰納米顆粒的表面,即使在高溫下,強(qiáng)大的結(jié)合力也能長時間保持原子的分散狀態(tài),這使得所有鉑原子都能參與反應(yīng)。這又使得在盡量減少鉑的使用量的同時,可以大幅度提高電極反應(yīng)的速率。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

制造時,將含有鉑和鈰離子的溶液注入到SOFCs的電極中,在燃料動力鋰電池高溫工作時合成催化劑。由于不要任何特殊設(shè)備就可以輕松地注入電極,因此預(yù)計新開發(fā)的催化劑可以很容易地應(yīng)用到現(xiàn)有的燃料動力鋰電池制造工藝中。


來自KIST的Kyung-JoongYoon博士表示:“本研究開發(fā)的催化劑可以利用簡單易行的低成本工藝應(yīng)用于各種固體氧化物燃料動力鋰電池和高溫電化學(xué)裝置,因此有望加速下一代環(huán)保發(fā)電和儲能裝置的開發(fā)?;趩卧哟呋瘎┘词乖?00攝氏度以上也能穩(wěn)定運(yùn)行,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒋蟠笸卣?,包括高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)和高溫電化學(xué)反應(yīng)?!?/p>



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