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美国研发新型电极材料 让电化学电池高效互相转化电与氢

作者:余秋云 来源:盖世汽车 发布时间:2020-05-27 浏览:
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虽然风能和太阳能等能源能够在发电的时候,实现无排放,但是却依赖风和太阳,而此种供应并非总能满足需求。同样地,核电站以最大容量运行时效率更高,因此无法根据需求增加或减少发电量。几十年来,能源研究人员都在试图解决一个重大挑战,即如何存储多余的电力,以便在需要的时候再释放回电网。

(图片来源:爱达荷国家实验室)

据外媒报道,最近,美国爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory)的研究人员研发了一款用于电化学电池的新型电极材料,解决了上述难题。此种电池能够高效地将多余的电力和水转化为氢,当电力需求增加时,该电化学电池能够反过来将氢转换成电,用于电网。而产生的氢还可作为燃料,用于取暖、车辆或其他用途。

研究人员早就认识到氢作为储能介质的潜力,于是改进了一种名为质子陶瓷电化学电池(PCEC)的电池,此种电池可以利用电力,将蒸汽分解成氢和氧。

不过,在过去,此类设备具有局限性,特别是在高达800摄氏度的高温下工作时。高温就要求昂贵的材料,还会加速材料降解,从而让电化学电池的成本极高。

在此次研究中,研究人员描述了一种新型氧电极材料,是一种能够同时促进水分解和氧还原反应的导体。与大多数电化学电池不同,此种新材料是一种钙钛矿化合物氧化物,无需额外的氢,就能够让电池将氢和氧转化为电力。

在此之前,研究人员曾为该电极研发了一种3D网格状结构,从而让其表面积更大,以将水分解成氢和氧。3D网格状电极和新型电极材料结合,能够让该款电池在400至600摄氏度高温下自给自足,且可进行可逆性操作。

研究人员表示:“我们证明了该PCEC能够在此种低温下进行可逆操作,可以在无需任何外部氢供应的情况下,将水分解生成氢,再转化为电力,实现自给自足。”

过去,氧电极只传导电子和氧离子,而新型钙钛矿能够进行“三重传导”,即可传导电子、氧离子和质子。在实际应用中,能够进行三重传导的电极会更快发生反应、更高效,因而可以在保持良好性能的同时,降低操作温度。

未来,研究人员希望继续将创新材料与前沿制造工艺相结合,继续改进该款电化学电池,以让该技术可以应用于工业规模。

关键字:氢能

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