固体氧化物燃料电池是替代传统发电厂的一种最佳选择,它使用的电化学方法,比现有的基于燃烧的发电机发电效率更高。但燃料电池的降解速度往往太快,成本的增加与带来的效率提升成正比关系。
日前,美国威斯康辛大学麦迪逊分校的工程师们对燃料电池的化学反应取得了新的突破。
“燃料电池是一项具有潜在的颠覆性能力的技术。”威斯康辛大学麦迪逊分校材料科学与工程学教授、该研究负责人戴恩·摩根表示,“退化问题一直是阻止其进入消费者市场的一个主要障碍。”他和他的合作者最近在《自然—通讯》杂志上发表了他们的研究成果。
“高温”是燃料电池退化的一个原因,因为这些设备必须在极高的温度下工作——产生电能的化学反应需在大于1500华氏度才能发生。燃料电池是将氧气与外部燃料源结合,这与火灾中发生的热和光的转化过程类似。然而,燃料电池是在没有燃烧的情况下完成这些化学反应。这就是为什么燃料电池可以比燃烧能量产生效率更高的原因。
然而,燃料电池的工作原理与电池有几分相似,同样由两个电极组成,两电极之间由一种运输离子的电解质材料隔开。其中一个电极将空气中的氧气分解成单个的原子,然后这些可以运输的原子与燃料结合。重要的是,氧气的分解释放了电子,这些电子可以作为电流通过电路为家庭或设备提供电能。这种氧分解反应发生在一个叫做正极的部件上。
但氧气化学稳定性强,不容易被分解,因此,在低温条件下,用相容的材料高效地驱动化学反应的挑战性是一直存在的,部分原因是研究人员并不真正了解发生在正极上的原子尺度上的化学反应细节。
为了使氧进入正极,气体分子必须分裂成两个原子。然后每个原子必须与一个叫做空位的结构相遇,这是材料表面允许氧气进入的一个小的分子间隙。理解这个过程是困难的,因为它发生在正极的顶层原子层,其化学性质可能与材料的主体大不相同。
“测量这两层的化学组成和空位是非常具有挑战性的。”摩根说,这就是他和同事们转向计算机模拟的原因。作为分子模型方面的领先专家,他们将密度泛函理论和动力学模型结合起来,从原子水平深入了解发生在正极顶部两层的反应。
研究小组断定,在被研究的材料中,分裂并不是限制速度的步骤。他们意识到,氧原子在表面找到并进入空位的过程是限制燃料电池效率的关键。因此,具有更多空位的材料可能会使燃料电池的效率大大提高。
研究人员专注于一种特殊的材料,即用于许多普通燃料电池阴极的模型化合物,称为钴酸镧锶。他们计划不久将分析范围扩大到其他材料。
该发现的影响可能不仅局限于燃料电池。与环境交换氧气的材料包括许多应用,例如,水的分解、二氧化碳的减少、气体的分离及被称为忆阻器的电子元件等。
2021年03月26日关于ICIS:两会“30·60”目标将加速能源化工行业产业链规范与创新的最新消息:中国上海,(2021年3月24日)当两会热词"碳达峰"与"碳中和"加速出圈后,自2013年就进入中国碳市场的ICIS中国市场开发总监徐蓉表示,"30·60"目标将进一ICIS:两会“30·60”目标将加速能源化工行业产业链规范与创新
2021年03月24日关于监测电化学储能技术的创新:一种基于专利的方法的最新消息:导读慕尼黑工业大学的一项新研究表明,亚洲开发商在储能系统方面处于领先地位,并远远超过美国和欧洲的竞争对手。慕尼黑工业大学(TUM)的一项新研究显示,近年来电化学储能技术的专利申请数监测电化学储能技术的创新:一种基于专利的方法
天津展抢先剧透,骑幻重磅产品矩阵线上揭幕, 作为电动车行业最大规模性的行业展会,时隔一年,天津展再度回归。懂行的经销商们早已安排好行程,准备在天津展一窥“后疫情时代”的行业动向。天津展抢先剧透,骑幻重磅产品矩阵线上揭幕
2021年03月26日关于现状:华北热电联产供热设备容量超东北的最新消息:热电联产是一种有效的能源利用方法,具有良好的经济和社会效益。在政策推动下,各地区热电联产不断发展。2019年华北地区热电联产供热设备容量首次超过东北地区,主要是山西省太原市加大清洁现状:华北热电联产供热设备容量超东北
全球电池行业规模最大的展览会——“第十四届中国国际电池技术交流会/展览会(CIBF2021)”在深圳会展中心盛大开幕!来自全球1300余家电池、设备、材料及相关配套企业参展,集中展示近三年来全球范围内电池行业所取得的优异成果。四段颠覆性新品“亮剑” 赢合科技再引锂电设备新趋势
2021年03月26日关于浙江电力市场化改革再深化的最新消息:近日,浙江省发展改革委、省能源局、省能源监管办联合印发《2021年浙江省电力直接交易工作方案》(下称《工作方案》),我省今年电力市场化交易正式拉开序幕。《工作方案》显示,2021年浙江电力市场化改革再深化