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使用少量的金属延长燃料电池的寿命

导读: 研究人员已经描述了一种新技术,以改善电极材料的化学稳定性,可通过使用极少量的金属来延长寿命。研究小组使用计算化学和实验数据观察到,钙钛矿电极晶格中Sr原子周围的局部压缩态减弱了Sr-O键的强度,从而促进了锶的分离。

【概要】研究人员已经描述了一种新技术,以改善电极材料的化学稳定性,可通过使用极少量的金属来延长寿命。研究小组使用计算化学和实验数据观察到,钙钛矿电极晶格中Sr原子周围的局部压缩态减弱了Sr-O键的强度,从而促进了锶的分离。

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【图注】电极中的晶格应变程度,锶偏析和电极反应之间的相关性。

燃料电池是未来关键的能源技术,可成为环保的可再生能源。特别是由陶瓷材料构成的固体氧化物燃料电池,由于其将生物质,LNG和LPG等各种形式的燃料直接转化为电能的能力而受到越来越多的关注。KAIST的研究人员描述了一种新技术,提高电极材料的化学稳定性,可以通过使用极少量的金属来延长寿命。

决定固体氧化物燃料电池性能的核心因素是发生氧还原反应的阴极,通常在阴极中使用具有钙钛矿结构的氧化物(ABO3)。然而,尽管钙钛矿氧化物在初始操作中具有高性能,但其性能随时间而下降,限制了其长期使用。特别是阴极运行所需的高温氧化态的条件导致表面偏析现象,其中氧化锶(SrOx)等第二相在氧化物表面积累,导致电极性能下降。

利用计算化学和实验数据,材料科学与工程系的WooChul Jung教授团队观察到,钙钛矿电极晶格中Sr原子周围的局部压缩态减弱了Sr-O键强度,从而促进了锶的分离。该小组发现钙钛矿氧化物中应变分布的局部变化是锶表面分离的主要原因。基于这些发现,该团队在氧化物中掺入不同尺寸的金属以控制阴极材料中的晶格应变程度,并有效地抑制锶偏析。

WooChul Jung教授说:“这项技术可以通过在材料合成过程中加入少量的金属原子来实现,而不需要额外的工艺。我希望这项技术在开发高耐用的钙钛矿氧化物电极方面将卓有成效。”

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