研究人员通过减少镍含量 改善陶瓷燃料电池的稳定性和性能

据外媒报道，韩国一个研究小组发明了一种高稳定性、高性能的陶瓷燃料电池，镍含量非常低，仅为传统陶瓷燃料电池的1/20。由于频繁启动造成的诸多问题，陶瓷燃料电池目前仅用于大型发电厂，但有望扩展到电动汽车、机器人和无人机等新领域。通常用于低温聚合物电解质燃料电池的铂催化剂非常昂贵。相反，以陶瓷燃料电池为代表的高温燃料电池通常在800°C或更高的温度下运行，使用廉价的催化剂，如镍，镍约占电池阳极的40%。然而，由于镍在高温下结块的趋势，陶瓷燃料电池在停止-启动氧化还原过程中发生不可控的膨胀，从而损坏整个陶瓷燃料电池结构。因此，陶瓷燃料电池不能为需要频繁启动的应用提供电力。

为了解决这个问题，能源材料研究中心的Ji Won Son博士和韩国科学技术院的Seung Min Han教授共同开发了一种新的阳极概念，通过减少阳极镍催化剂的数量和尺寸，抑制由还原-氧化循环引起的电池性能退化。还原-氧化反应是陶瓷燃料电池劣化的主要原因。减少镍的量将使阳极中的镍颗粒保持一定距离。为了补偿镍催化剂用量的减少，研究人员在阳极结构中使用薄膜沉积工艺，将镍纳米颗粒均匀分布在整个陶瓷基体中，从而显著增加镍的表面积。与在不到20次循环后失效的传统陶瓷燃料电池相比，具有新阳极的陶瓷燃料电池在100次还原和氧化循环后仍然没有表现出降解并保持良好的性能。此外，尽管镍含量显著降低，但与传统电池相比，新型阳极陶瓷燃料电池的功率输出增加了1.5倍。Ji Won Son博士说：“基于我们对还原-氧化失效的理解，我们对新型阳极燃料电池从设计到实施，再到评估的每个阶段都进行了系统的研究。其中，还原-氧化反应是陶瓷燃料电池损坏的主要原因。”，“除了发电厂，新型阳极陶瓷燃料电池在交通运输等其他领域也具有无限潜力

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