固體氧化物燃料電池是一種轉(zhuǎn)換效率高、排放低、具有零噪聲優(yōu)勢的能量轉(zhuǎn)換裝置，但它的商業(yè)化發(fā)展面臨一個“攔路虎”：熱機械不穩(wěn)定性——電池在熱循環(huán)中容易開裂、分層、破損。對此，南京工業(yè)大學固態(tài)離子與新能源技術(shù)團隊提出了一種熱膨脹補償策略，實現(xiàn)了燃料電池陰極與其他電池組件之間的完全熱機械兼容，從而解決了阻礙固體氧化物燃料電池商業(yè)化進程的一大技術(shù)難題。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然》。
固體氧化物燃料電池需要在高溫下運行，而燃料電池不同組件之間的熱膨脹行為不匹配，會引起較大的內(nèi)部應(yīng)變梯度——在不同的位置應(yīng)力不一樣，導致電池退化、分層或破裂。南京工業(yè)大學教授周嵬介紹，由于具有出色的氧化還原催化活性和高電導率，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題在于，它們的熱膨脹系數(shù)非常高，遠遠大于常用的電解質(zhì)，導致熱機械不兼容。
鑒于此，南京工業(yè)大學教授邵宗平和周嵬團隊設(shè)計了熱膨脹補償策略來克服上述技術(shù)瓶頸，通過固相燒結(jié)將具有高電化學活性和熱膨脹系數(shù)的鈷基鈣鈦礦與負熱膨脹材料(Y2W3O12氧化物)結(jié)合，在兩者之間引發(fā)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。
“熱膨脹補償策略是指用負的熱膨脹去抵消正的熱膨脹。我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷奈矬w一般都是熱脹冷縮的，而所謂負熱膨脹材料卻正好相反，它是‘熱縮冷脹’的。”論文第一作者、南京工業(yè)大學博士章遠解釋道。
優(yōu)化的鈣鈦礦化學組成和良好的熱機械穩(wěn)定性，使這種復(fù)合陰極具有出色的電化學性能。該研究為未來的固體氧化物燃料電池的電極設(shè)計開辟了一條嶄新路徑。(溫才妃)
關(guān)鍵詞： 燃料電池電極設(shè)計
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