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功率密度提高3倍！纳米催化剂涂层在4分钟内提高SOFC性能

文章来源：新能源网更新时间：2024-06-24 15:22:24

韩国能源研究院(KIER)的Yoonseok Choi博士、KAIST的WooChul Jung教授、釜山国立大学的Beom-Kyung Park教授共同合作，开发了一种催化剂涂层技术，可以在4分钟内显著提高固体氧化物燃料电池(SOFCs)的性能。这一突破有可能通过提高燃料电池的效率和清洁能源能力，推动氢经济向前发展。

　　固体氧化物燃料电池(SOFC)因其发电效率高，可以使用氢气、沼气、天然气等多种燃料而备受关注。然而，SOFC的性能在很大程度上取决于空气电极(阴极)上发生的氧还原反应(ORR)的动力学，该反应比燃料电极(阳极)上的反应慢，从而限制了总体反应速率。

　　提高广泛使用的LSM-YSZ复合电极的性能研究小组没有开发新的空气电极材料，而是专注于提高LSM-YSZ复合电极的性能，这种材料因其优异的稳定性而被广泛应用于工业。他们开发了一种涂层工艺，将纳米级氧化镨(PrOx)催化剂涂在复合电极表面，能够促进氧还原反应。

　　研究人员介绍了一种在室温和常压下操作的电化学沉积方法，不需要复杂的设备或过程。通过将复合电极浸入含有镨(Pr)离子的溶液中并施加电流，沉淀形成并均匀地覆盖在电极上。该涂层经过干燥过程，转化为保持稳定的氧化物，并在高温环境下有效促进电极的氧还原反应。整个涂装过程仅需4分钟。

　　极化电阻降低10倍，功率密度提高3倍

　　研究小组阐明了包覆纳米催化剂促进表面氧交换和离子传导的机理，为催化剂包覆方法解决复合电极反应速率低的问题提供了基础证据。

　　对比新型催化剂涂层复合电极和传统复合电极，通过对比超过400小时的运作数据，研究小组观察到极化电阻降低了10倍。此外，在650摄氏度下，使用这种涂层电极的SOFC的峰值功率密度(142mW/cm²→418mW/cm²)比没有涂层的SOFC高三倍。这代表了文献记录中使用LSM-YSZ复合电极的SOFC的最高性能。

　　共同通讯作者Yoonseok Choi博士表示：

　　“我们开发的电化学沉积技术是一种后处理技术，对现有的SOFC制造工艺没有显著影响。”

　　“这使得引入氧化物纳米催化剂在经济上可行，增强了其工业适用性。”他还表示：“不仅是SOFC，该技术还可以应用于高温电解(SOEC)制氢等各种能量转换装置。”

　　该研究结果发表在了世界知名材料专业杂志《先进材料》（Advanced Materials）上，得到了韩国产业通商资源部“新能源及可再生能源核心技术开发事业”和韩国科学信息通信技术部“个人基础研究事业”的支持。

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