美國研發新型電極材料 讓電化學電池高效互相轉化電與氫
發布時間:2020-05-26 10:13:20

雖然風能和太陽能等能源能夠在發電的時候,實現無排放,但是卻依賴風和太陽,而此種供應并非總能滿足需求。同樣地,核電站以最大容量運行時效率更高,因此無法根據需求增加或減少發電量。幾十年來,能源研究人員都在試圖解決一個重大挑戰,即如何存儲多余的電力,以便在需要的時候再釋放回電網?


圖片來源:愛達荷國家實驗室


據外媒報道,最近,美國愛達荷國家實驗室(Idaho National Laboratory)的研究人員研發了一款用于電化學電池的新型電極材料,解決了上述難題。此種電池能夠高效地將多余的電力和水轉化為氫,當電力需求增加時,該電化學電池能夠反過來將氫轉換成電,用于電網。而產生的氫還可作為燃料,用于取暖、車輛或其他用途。


研究人員早就認識到氫作為儲能介質的潛力,于是改進了一種名為質子陶瓷電化學電池(PCEC)的電池,此種電池可以利用電力,將蒸汽分解成氫和氧。


不過,在過去,此類設備具有局限性,特別是在高達800攝氏度的高溫下工作時。高溫就要求昂貴的材料,還會加速材料降解,從而讓電化學電池的成本極高。


在此次研究中,研究人員描述了一種新型氧電極材料,是一種能夠同時促進水分解和氧還原反應的導體。與大多數電化學電池不同,此種新材料是一種鈣鈦礦化合物氧化物,無需額外的氫,就能夠讓電池將氫和氧轉化為電力。


在此之前,研究人員曾為該電極研發了一種3D網格狀結構,從而讓其表面積更大,以將水分解成氫和氧。3D網格狀電極和新型電極材料結合,能夠讓該款電池在400至600攝氏度高溫下自給自足,且可進行可逆性操作。


研究人員表示:“我們證明了該PCEC能夠在此種低溫下進行可逆操作,可以在無需任何外部氫供應的情況下,將水分解生成氫,再轉化為電力,實現自給自足。”


過去,氧電極只傳導電子和氧離子,而新型鈣鈦礦能夠進行“三重傳導”,即可傳導電子、氧離子和質子。在實際應用中,能夠進行三重傳導的電極會更快發生反應、更高效,因而可以在保持良好性能的同時,降低操作溫度。


未來,研究人員希望繼續將創新材料與前沿制造工藝相結合,繼續改進該款電化學電池,以讓該技術可以應用于工業規模。


稿件來源: 蓋世汽車
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