新型自组装催化剂用于固体氧化物燃料动力电池

图片显示的为：合金溶出的过程。图片来源：韩国蔚山科学技术大学

最近与韩国蔚山科学技术大学(UNIST)合作的一项研究中介绍了一种新型催化剂，可显著提高固体氧化物燃料动力电池(SOFC)中钙钛矿电极的性能。

这一突破是由UNIST的能源与化学工程学院的GunataeKim教授与Sukmyeong女子大学的JeeyoungShin教授，首尔大学的JeongWooHn以及UNIST的HuYoungJeong教授共同合作领导的。新的催化剂形成一种合金，其中燃料动力电池的内部材料在燃料动力电池运行期间上升到表面。因此，即使直接使用碳氢化合物它也不会被破坏，并保持性能。

该研究首次报道了催化材料自身制造合金以提高反应效率的现象。该研究结果于2018年九月发表在“JournalofMaterialsChemistryA”期刊上，并被选为2018年“JournalofMaterialsChemistryA”的热门论文之一。

固体氧化物燃料动力电池(SOFC)有可能成为替代能源转换装置的下一个重大突破。固体氧化物燃料动力电池的一个巨大吸引力在于：它们可以更加有效地使用物丰价廉的天然气，与传统的燃气轮机相比，出现的二氧化碳排放总量更少。他们利用氢气和氧气结合的简单反应来出现电力，水是副产品。

开发价格低廉的氢燃料动力电池的重要挑战之一就是存储。这是因为氢是具有爆炸性的，并且要昂贵的容器才能安全存放。因此，使用诸如页岩气，天然气，甲烷，丙烷和丁烷气等碳氢化合物开发固体氧化物燃料动力电池的研究的数量大大新增。

然而，假如常规的固体氧化物燃料动力电池中使用的催化剂是烃基燃料，则其性能就会急剧下降。这是因为催化剂表面被烃类燃料中含有的碳或硫污染，从而使性能劣化。为解决此问题，要额外的工艺来添加催化剂(增强性能的材料)。

研究团队用一种采用层状钙钛矿结构设计的新型催化剂解决了这一问题。这项研究的核心是建立一个双层钙钛矿结构(钴，镍)，这有助于电气生产所需的化学反应，当燃料动力电池运行时，它就会自行形成。

“已知钴和镍是固体燃料动力电池操作的有效催化材料。”在UNIST的能源与化学工程系的博士兼本研究的第一作者OhhunKwon说。“以前，这些材料是用来制造电极的，而新的催化剂在形成钴镍合金时仍保持性能。

研究人员开发的催化剂直接使用甲烷气体作为燃料，运行稳定，超过500小时还没有电流下降的情况发生。另外，催化剂的反应效率是先前报道的催化剂反应效率的四倍。

“现有的固体氧化物燃料动力电池阳极材料(催化剂)在很长一段时间内无法可靠运行，即使直接使用碳氢化合物燃料时它表现出高性能，”领导该研究的Kim教授说。新开发的金属合金催化剂具有优异的催化性能，对燃料动力电池的推广具有重要意义。