六角钙钛矿新型化合物可使陶瓷燃料电池效率和

  阿伯丁大学的研究人员发现了一种新的化合物家族,可以革新燃料电池技术并帮助减少全球碳排放量。

  发现这些化合物可谓“大海捞针”,它们被统称为六角钙钛矿(hexagonal perovskite),可能是释放陶瓷燃料电池潜力的关键。

  陶瓷燃料电池是一种高效率的电池,可以将化学能转化为电能。如果采用氢气作为能源,此种电池的排放会非常低,成为化石燃料的清洁替代能源。陶瓷燃料电池的另一个优点是,可以采用甲烷等碳氢化合物燃料,意味着其可以作为一种“过渡性”技术,从使用氢碳化合物转而使用更加清洁的能源。

  在所有的燃料电池中,陶瓷燃料电池的工作温度最高,属于高温燃料电池。近些年来,分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于陶瓷燃料电池发电的排气有很高的温度,具有较高的利用价值,可以提供天然气重整所需热量,也可以用来生产蒸汽,更可以和燃气轮机组成联合循环,非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率,同时也具有低污染的环境效益。

  此种电池可用于为汽车和家庭提供动力,但是在高温下运行导致其使用寿命短。降低工作温度对于确保陶瓷燃料电池具备长寿命、稳定性、安全性和低成本至关重要。

  阿伯丁大学的科学家们多年来一直在研究可能克服这些问题的新化合物的潜力,并且发现了一种新化合物-在较低温度下具有高电导率-是一项重大突破。

  他们的研究结果发表在论文“无序六角形钙钛矿中的高氧化物离子和质子传导性”中,该论文发表在《自然材料》杂志上。阿伯丁大学化学系主任阿比麦克劳克林(Abbie McLaughlin)教授主持了这项研究。

  她解释说:“陶瓷燃料电池效率很高,但问题是它们必须在800C以上的高温下工作。因此,它们的寿命很短,并且使用昂贵的组件。

  “多年来,我们一直在相对未开发的六角形钙钛矿家族中寻找可以克服这些问题的化合物,但是需要一些特定的化学特征,很难将它们结合在一起。例如,您需要一种化合物几乎没有电子传导性,在燃料电池的氢气和氧气环境中都稳定。

  “我们发现的是质子和氧化物离子双导体,它将在较低的温度(约500C)下成功运行,从而解决了这些问题。您可以说,我们真正做到了大海捞针。这也许可以发挥这项技术的全部潜力。”

  早前已经有韩国科学家研发出了一种性能和可伸缩性大大提高的质子陶瓷燃料电池,有助促进下一代有利于生态的发电系统的商业化。

  研究人员说,通过在结构和成分均一的阳极支撑体上对一种质子传导电解质进行阳极辅助的增稠,他们制作出了已知性能最佳的质子陶瓷燃料电池。

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