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香港科技大學開發新型鐵基正極材料以實現質子陶瓷燃料電池創紀錄性能

時間:2022-11-22 09:26來源:蓋世汽車作者:Elisha

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據外媒報道，香港科技大學（HKUST）的研究人員設計了一種新型鐵基正極材料，使質子陶瓷燃料電池的性能達到創紀錄水平，標志著燃料電池的開發和商業化向前邁出了重要一步。

（圖片來源：香港科技大學）

燃料電池利用氫氣或其他燃料的化學能來高效、清潔地發電。為了應對氣候變化和能源短缺，世界各地都在加緊開發這種環保能源。

作為該領域的一項新技術，質子陶瓷燃料電池（PCFC）基于質子導電陶瓷電解質，具有污染物排放低、效率高的優勢，同時具有靈活性，不僅可以很好地處理氫氣，還適用于其他氣體，如氨、沼氣和甲烷。該技術通常用于分布式發電，包括離網發電。

然而，由于缺乏高性能、低成本的正極材料，PCFC的商業化推廣進程受阻。目前，鈷基鈣鈦礦是使用最廣泛的正極材料，因為鈷很容易降低和提高其氧化值，從而產生優越的氧還原反應活性，對正極的性能具有重要意義。但這些材料的成本高，在采礦過程中容易造成污染，而且制備程序復雜，難以實現大規模生產。在鋰離子電池中，對這種材料的需求也很高。鋰離子電池通常用于電動汽車。

理想情況下，采用成本較低但反應活性相當的過渡金屬，可以取代鈷。在元素周期表中，鐵與鈷的位置很接近，具有許多相似的化學性質，但價格要低得多。然而，鐵基材料通常被認為是較差的催化劑，無法產生令人滿意的性能。因此，必須對材料構成進行微調，以確定性能最好的材料。

基于這個方向，由該校機械與航空航天工程系和化學與生物工程系Francesco CIUCCI教授負責的研究團隊，結合第一性原理模擬、分子軌道分析和實驗，使用廉價的元素（如鋇、鐵和鋯）設計出新的低成本陶瓷，從而創造了一種具有創紀錄性能的PCFC。

該團隊根據基本物理化學原理和密度泛函理論來設計正極材料。通過計算導向優化，確定了Ba0.875Fe0.875Zr0.125O3-δ（D-BFZ）是最有前途的正極材料。實驗表明，D-BFZ具有卓越的電化學活性，能與氧發生反應，達到較高的峰值功率密度，并具有良好的操作穩定性。此外，可以使用簡單的、適合大規模生產的合成技術來生產D-BFZ，這是實現商業可行PCFC的重要一步。

Ciucci教授表示：“PCFC技術或將發揮變革性作用，而且非常有望得到進一步的發展。研究人員將利用第一性原理計算和實驗，繼續提高PCFC的性能。若能可逆使用，PCFC將對難以脫碳的行業產生巨大影響，如鐵冶金、合成氨生產和重型運輸。”

(責任編輯：子蕊)

文章標簽：正極材料質子陶瓷燃料電池

作者：Elisha ，如若轉載，請注明出處：http://www.www.astra-soft.com/qianyan//2022112240658.html

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