美國(guó)研發(fā)新型電極材料 讓電化學(xué)電池高效互相轉(zhuǎn)化電與氫
雖然風(fēng)能和太陽(yáng)能等能源能夠在發(fā)電的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)無(wú)排放，但是卻依賴風(fēng)和太陽(yáng)，而此種供應(yīng)并非總能滿足需求。同樣地，核電站以最大容量運(yùn)行時(shí)效率更高，因此無(wú)法根據(jù)需求增加或減少發(fā)電量。幾十年來(lái)，能源研究人員都在試圖解決一個(gè)重大挑戰(zhàn)，即如何存儲(chǔ)多余的電力，以便在需要的時(shí)候再釋放回電網(wǎng)？
圖片來(lái)源：愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
據(jù)外媒報(bào)道，最近，美國(guó)愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Idaho National Laboratory）的研究人員研發(fā)了一款用于電化學(xué)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(zhuǎn)化為氫，當(dāng)電力需求增加時(shí)，該電化學(xué)電池能夠反過(guò)來(lái)將氫轉(zhuǎn)換成電，用于電網(wǎng)。而產(chǎn)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(rèn)識(shí)到氫作為儲(chǔ)能介質(zhì)的潛力，于是改進(jìn)了一種名為質(zhì)子陶瓷電化學(xué)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(guò)，在過(guò)去，此類設(shè)備具有局限性，特別是在高達(dá)800攝氏度的高溫下工作時(shí)。高溫就要求昂貴的材料，還會(huì)加速材料降解，從而讓電化學(xué)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(shí)促進(jìn)水分解和氧還原反應(yīng)的導(dǎo)體。與大多數(shù)電化學(xué)電池不同，此種新材料是一種鈣鈦礦化合物氧化物，無(wú)需額外的氫，就能夠讓電池將氫和氧轉(zhuǎn)化為電力。
在此之前，研究人員曾為該電極研發(fā)了一種3D網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，從而讓其表面積更大，以將水分解成氫和氧。3D網(wǎng)格狀電極和新型電極材料結(jié)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(jìn)行可逆性操作。
研究人員表示：“我們證明了該P(yáng)CEC能夠在此種低溫下進(jìn)行可逆操作，可以在無(wú)需任何外部氫供應(yīng)的情況下，將水分解生成氫，再轉(zhuǎn)化為電力，實(shí)現(xiàn)自給自足。”
過(guò)去，氧電極只傳導(dǎo)電子和氧離子，而新型鈣鈦礦能夠進(jìn)行“三重傳導(dǎo)”，即可傳導(dǎo)電子、氧離子和質(zhì)子。在實(shí)際應(yīng)用中，能夠進(jìn)行三重傳導(dǎo)的電極會(huì)更快發(fā)生反應(yīng)、更高效，因而可以在保持良好性能的同時(shí)，降低操作溫度。
未來(lái)，研究人員希望繼續(xù)將創(chuàng)新材料與前沿制造工藝相結(jié)合，繼續(xù)改進(jìn)該款電化學(xué)電池，以讓該技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模。
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