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提高燃料電池穩(wěn)定性 “熱縮冷脹”材料來(lái)幫忙成果發(fā)表在《自然》上

2021-03-25 14:34:41來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

固體氧化物燃料電池的商業(yè)化之路，遭遇的一個(gè)“攔路虎”就是熱機(jī)械不穩(wěn)定性，即電池在熱循環(huán)中容易開(kāi)裂

、分層、破損

。3月12日

，科技日?qǐng)?bào)記者從南京工業(yè)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)南工大)獲悉

，該校固態(tài)離子與新能源技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種熱膨脹補(bǔ)償?shù)牟呗?div id="4qifd00" class="flower right">

，?shí)現(xiàn)了燃料電池陰極與其他電池組件之間的完全熱機(jī)械兼容，從而解決了阻礙固體氧化物燃料電池商業(yè)化進(jìn)程的一大技術(shù)難題

。這一突破性成果近日登上國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》。

“熱機(jī)械不穩(wěn)定性

，是指固體氧化物燃料電池在高溫下運(yùn)行時(shí)，電池不同組件之間的熱膨脹行為不匹配

，會(huì)引起較大的內(nèi)部應(yīng)變梯度——在不同的位置應(yīng)力不一樣

，導(dǎo)致電池退化、分層或破裂

。”研究團(tuán)隊(duì)周嵬教授介紹

，由于出色的氧化還原催化活性和高電導(dǎo)率

，燃料電池最受歡迎的陰極材料是含鈷的鈣鈦礦氧化物

，然而鈷基鈣鈦礦陰極的問(wèn)題在于，它們的熱膨脹系數(shù)非常高

，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常用的電解質(zhì)

，導(dǎo)致熱機(jī)械不兼容。

為了大幅降低鈷基電極的熱膨脹系數(shù)

，又不對(duì)氧還原反應(yīng)施加負(fù)面影響，南工大教授邵宗平和周嵬團(tuán)隊(duì)提出用熱膨脹補(bǔ)償策略克服上述技術(shù)瓶頸：通過(guò)固相燒結(jié)

，將具有高電化學(xué)活性和熱膨脹系數(shù)的鈷基鈣鈦礦與負(fù)熱膨脹材料結(jié)合在一起

，在兩者之間引發(fā)了有益的界面反應(yīng)，從而形成具有與電解質(zhì)良好匹配的熱膨脹性能的復(fù)合電極

。

“熱膨脹補(bǔ)償策略是指用負(fù)的熱膨脹去抵消正的熱膨脹

。我們?nèi)粘Ｉ钪兴?jiàn)的物體一般都是熱脹冷縮的，而所謂負(fù)熱膨脹材料卻正好相反

，它是‘熱縮冷脹’的

。”論文第一作者、南工大博士生章遠(yuǎn)介紹

，團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過(guò)近六年的反復(fù)實(shí)驗(yàn)摸索

、接近一年的論文修改

，才取得可喜進(jìn)展

。

最終，研究團(tuán)隊(duì)所獲得的復(fù)合電極材料顯示出良好的電化學(xué)性能和出色的熱機(jī)械穩(wěn)定性

。具體而言

，在600攝氏度下，復(fù)合電極具有良好的催化活性;在經(jīng)歷40次熱循環(huán)后

，性能僅下降了8%。

周嵬介紹

，優(yōu)化的鈣鈦礦化學(xué)組成和良好的熱機(jī)械穩(wěn)定性

，共同促進(jìn)了這種復(fù)合陰極的出色電化學(xué)性能，并為未來(lái)的固體氧化物燃料電池的電極設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條嶄新路徑

。

責(zé)任編輯：孫知兵

關(guān)鍵詞：燃料電池熱縮冷脹

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