美国研发新型电极材料 让电化学电池高效互相转化电与氢

虽然风能、太阳能等能源在发电时可以实现零排放，但它们依赖于风和太阳，这种供给并不总是满足需求。同样，核电站在最大容量运行时效率更高，因此不可能根据需求增加或减少发电量。几十年来，能源研究人员一直试图解决一个重大挑战，即如何储存多余的电力，以便在需要时将其释放回电网？(图片来源:爱达荷国家实验室)据国外媒体报道，近日，美国爱达荷国家实验室的研究人员开发出一种用于电化学电池的新型电极材料，解决了上述问题。这种电池可以高效地将多余的电力和水转化为氢气，当电力需求增加时，电化学电池可以反过来将氢气转化为电力用于电网。产生的氢气也可以用作供暖、车辆或其他用途的燃料。研究人员很早就认识到氢作为储能介质的潜力，因此他们改进了一种叫做质子陶瓷电化学电池(PCEC)的电池，这种电池可以利用电力将蒸汽分解为氢气和氧气。然而，在过去，这种设备有局限性，特别是在高达800摄氏度的高温下工作时。高温需要昂贵的材料，并加速材料的降解，这使得电化学电池的成本极高。在这项研究中，研究人员描述了一种新型氧电极材料，这是一种既能促进水分解又能促进氧还原的导体。与大多数电化学电池不同，这种新材料是一种钙钛矿氧化物，允许电池在没有额外氢气的情况下将氢气和氧气转化为电能。在此之前，研究人员已经为电极开发了一种3D网格状结构，使其具有更大的表面积，可以将水分解为氢气和氧气。3D网格电极和新型电极材料的结合，可以使电池在400-600摄氏度的高温下自给自足，并且可以可逆运行。研究人员说:“我们已经证明，PCEC可以在这种低温下可逆运行，可以在没有任何外部氢气供应的情况下，将水分解为氢气，然后转化为电力，实现自给自足。”以往的氧电极只传导电子和氧离子，而新型钙钛矿可以进行“三重传导”，即传导电子、氧离子和质子。在实际应用中，能够三重传导的电极将反应更快且更有效，因此它可以在保持良好性能的同时降低工作温度。未来，研究人员希望继续将创新材料与尖端制造工艺相结合，并继续改进这种电化学电池，使该技术能够应用于工业规模。虽然风能、太阳能等能源在发电时可以实现零排放，但它们依赖于风和太阳，这种供给并不总是满足需求。同样，核电站在最大容量运行时效率更高，因此不可能根据需求增加或减少发电量。几十年来，能源研究人员一直试图解决一个重大挑战，即如何储存多余的电力，以便在需要时将其释放回电网？(图片来源:爱达荷国家实验室)据国外媒体报道，近日，美国爱达荷国家实验室的研究人员开发出一种用于电化学电池的新型电极材料，解决了上述问题。这种电池可以高效地将多余的电力和水转化为氢气，当电力需求增加时，电化学电池可以反过来将氢气转化为电力用于电网。产生的氢气也可以用作供暖、车辆或其他用途的燃料。研究人员很早就认识到氢作为储能介质的潜力，因此他们改进了一种叫做质子陶瓷电化学电池(PCEC)的电池，这种电池可以利用电力将蒸汽分解为氢气和氧气。然而，在过去，这种设备有局限性，特别是在高达800摄氏度的高温下工作时。高温需要昂贵的材料，并加速材料的降解，这使得电化学电池的成本极高。在这项研究中，研究人员描述了一种新型氧电极材料，它是一种导体，可以促进水分解和……氧气减少。与大多数电化学电池不同，这种新材料是一种钙钛矿氧化物，它允许电池在没有额外氢气的情况下将氢气和氧气转化为电能。在此之前，研究人员已经为电极开发了一种3D网格状结构，使其具有更大的表面积，可以将水分解为氢气和氧气。3D网格电极和新型电极材料的结合，可以使电池在400-600摄氏度的高温下自给自足，并且可以可逆运行。研究人员说:“我们已经证明，PCEC可以在这种低温下可逆运行，可以在没有任何外部氢气供应的情况下，将水分解为氢气，然后转化为电力，实现自给自足。”以往的氧电极只传导电子和氧离子，而新型钙钛矿可以进行“三重传导”，即传导电子、氧离子和质子。在实际应用中，能够三重传导的电极将反应更快且更有效，因此它可以在保持良好性能的同时降低工作温度。未来，研究人员希望继续将创新材料与尖端制造工艺相结合，并继续改进这种电化学电池，使该技术能够应用于工业规模。

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