韓國(guó)能源研究院(KIER)的Yoonseok Choi博士、KAIST的WooChul Jung教授、釜山國(guó)立大學(xué)的Beom-Kyung Park教授共同合作，開(kāi)發(fā)了一種催化劑涂層技術(shù)，可以在4分鐘內(nèi)顯著提高固體氧化物燃料電池(SOFCs)的性能。這一突破有可能通過(guò)提高燃料電池的效率和清潔能源能力，推動(dòng)氫經(jīng)濟(jì)向前發(fā)展。

　　固體氧化物燃料電池(SOFC)因其發(fā)電效率高，可以使用氫氣、沼氣、天然氣等多種燃料而備受關(guān)注。然而，SOFC的性能在很大程度上取決于空氣電極(陰極)上發(fā)生的氧還原反應(yīng)(ORR)的動(dòng)力學(xué)，該反應(yīng)比燃料電極(陽(yáng)極)上的反應(yīng)慢，從而限制了總體反應(yīng)速率。

　　提高廣泛使用的LSM-YSZ復(fù)合電極的性能研究小組沒(méi)有開(kāi)發(fā)新的空氣電極材料，而是專(zhuān)注于提高LSM-YSZ復(fù)合電極的性能，這種材料因其優(yōu)異的穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)。他們開(kāi)發(fā)了一種涂層工藝，將納米級(jí)氧化鐠(PrOx)催化劑涂在復(fù)合電極表面，能夠促進(jìn)氧還原反應(yīng)。

　　研究人員介紹了一種在室溫和常壓下操作的電化學(xué)沉積方法，不需要復(fù)雜的設(shè)備或過(guò)程。通過(guò)將復(fù)合電極浸入含有鐠(Pr)離子的溶液中并施加電流，沉淀形成并均勻地覆蓋在電極上。該涂層經(jīng)過(guò)干燥過(guò)程，轉(zhuǎn)化為保持穩(wěn)定的氧化物，并在高溫環(huán)境下有效促進(jìn)電極的氧還原反應(yīng)。整個(gè)涂裝過(guò)程僅需4分鐘。

　　極化電阻降低10倍，功率密度提高3倍

　　研究小組闡明了包覆納米催化劑促進(jìn)表面氧交換和離子傳導(dǎo)的機(jī)理，為催化劑包覆方法解決復(fù)合電極反應(yīng)速率低的問(wèn)題提供了基礎(chǔ)證據(jù)。

　　對(duì)比新型催化劑涂層復(fù)合電極和傳統(tǒng)復(fù)合電極，通過(guò)對(duì)比超過(guò)400小時(shí)的運(yùn)作數(shù)據(jù)，研究小組觀察到極化電阻降低了10倍。此外，在650攝氏度下，使用這種涂層電極的SOFC的峰值功率密度(142mW/cm²→418mW/cm²)比沒(méi)有涂層的SOFC高三倍。這代表了文獻(xiàn)記錄中使用LSM-YSZ復(fù)合電極的SOFC的最高性能。

　　共同通訊作者Yoonseok Choi博士表示：

　　“我們開(kāi)發(fā)的電化學(xué)沉積技術(shù)是一種后處理技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的SOFC制造工藝沒(méi)有顯著影響。”

　　“這使得引入氧化物納米催化劑在經(jīng)濟(jì)上可行，增強(qiáng)了其工業(yè)適用性。”他還表示：“不僅是SOFC，該技術(shù)還可以應(yīng)用于高溫電解(SOEC)制氫等各種能量轉(zhuǎn)換裝置。”

　　該研究結(jié)果發(fā)表在了世界知名材料專(zhuān)業(yè)雜志《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上，得到了韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部“新能源及可再生能源核心技術(shù)開(kāi)發(fā)事業(yè)”和韓國(guó)科學(xué)信息通信技術(shù)部“個(gè)人基礎(chǔ)研究事業(yè)”的支持。

　?。ㄋ夭膩?lái)自：KIER 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）