新利18彩票 固态离子与新能源技术团队创新地提出了一种热膨胀补偿的策略,实现了燃料电池阴极与其他电池组件之间的完全热机械兼容,解决了阻碍固体氧化物燃料电池商业化进程的技术难题。这一突破性成果于3月10日刊登在顶级期刊《自然》上。固体氧化物燃料电池是一种具有高转换效率、低排放、零噪音优势的能量转换装置,但其商业化发展面临一个“卡脖子”难题:热机械不稳定导致电池在热循环中容易开裂、分层、破损。
“所谓热机械不稳定性,是指由于固体氧化物燃料电池需要在高温下运行,而燃料电池不同组件之间的热膨胀行为不匹配,会引起较大的内部应变梯度,即在不同的位置应力不一样,导致电池退化、分层或破裂。”该研究团队成员、新利18彩票 周嵬教授介绍说,由于具有出色的氧化还原催化活性和高电导率,燃料电池最受欢迎的阴极材料是含钴的钙钛矿氧化物,然而钴基钙钛矿阴极的问题在于,它们的热膨胀系数非常高,远远大于常用的电解质,导致热机械不兼容。
鉴于此,为了大幅降低钴基电极的热膨胀系数而不对氧还原反应施加负面影响甚至带来正面作用,该研究团队设计了热膨胀补偿策略来克服上述技术瓶颈。他们通过固相烧结将具有高电化学活性和热膨胀系数的钴基钙钛矿与负热膨胀材料结合在一起,在两者之间引发了有益的界面反应,从而形成具有与电解质良好匹配的热膨胀性能的复合电极。
“热膨胀补偿策略是指用负的热膨胀去抵消正的热膨胀。我们日常生活中所见的物体一般都是热胀冷缩的,而所谓负热膨胀材料却正好相反,它是热缩冷胀的。”论文第一作者、新利18彩票 章远博士解释道。这一想法在周嵬2015年回国工作不久后就开始酝酿,于2017年申请国家自然科学基金,经过近6年的反复实验摸索才取得可喜成绩。
采用这一策略所获得的复合电极材料显示出良好的电化学性能和出色的热机械稳定性。具体而言,在600℃下,复合电极具有良好的催化活性,单位面积电阻值 低 至0.041Ωcm2;在 经 历40次热循环后,性能仅下降了8%。据介绍,优化的钙钛矿化学组成和良好的热机械稳定性,这些优点共同促进了复合阴极的出色电化学性能,并为未来的固体氧化物燃料电池的电极设计开辟了一条崭新路径。
2021年3月24日《中国化工报》第2版:http://124.207.49.121//pc/article.do?aid=2260900&code=310626&phone=15651982010