中國粉體網(wǎng)訊 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(zhì)子陶瓷燃料電池的性能達到創(chuàng)紀錄水平,，標志著燃料電池的開發(fā)和商業(yè)化向前邁出了重要一步,。
燃料電池利用氫氣或其他燃料的化學能來高效,、清潔地發(fā)電。為了應對氣候變化和能源短缺,，世界各地都在加緊開發(fā)這種環(huán)保能源,。
作為該領(lǐng)域的一項新技術(shù)，質(zhì)子陶瓷燃料電池（PCFC）基于質(zhì)子導電陶瓷電解質(zhì),，具有污染物排放低,、效率高的優(yōu)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(shù)通常用于分布式發(fā)電，包括離網(wǎng)發(fā)電,。
然而,，由于缺乏高性能、低成本的正極材料,，PCFC的商業(yè)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(chǎn)生優(yōu)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(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),。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?shù)倪^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(zhì),，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(chǎn)生令人滿意的性能,。因此，必須對材料構(gòu)成進行微調(diào),，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(jié)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(chuàng)造了一種具有創(chuàng)紀錄性能的PCFC。
該團隊根據(jù)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(yōu)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(fā)生反應，達到較高的峰值功率密度,，并具有良好的操作穩(wěn)定性,。此外，可以使用簡單的,、適合大規(guī)模生產(chǎn)的合成技術(shù)來生產(chǎn)D-BFZ,，這是實現(xiàn)商業(yè)可行PCFC的重要一步。
Ciucci教授表示：“PCFC技術(shù)或?qū)l(fā)揮變革性作用,，而且非常有望得到進一步的發(fā)展,。研究人員將利用第一性原理計算和實驗，繼續(xù)提高PCFC的性能,。若能可逆使用,，PCFC將對難以脫碳的行業(yè)產(chǎn)生巨大影響，如鐵冶金,、合成氨生產(chǎn)和重型運輸,。”
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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