中國(guó)粉體網(wǎng)訊 香港科技大學(xué)（HKUST）的研究人員設(shè)計(jì)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(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄水平，標(biāo)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(xué)能來(lái)高效,、清潔地發(fā)電。為了應(yīng)對(duì)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(xiàng)新技術(shù)，質(zhì)子陶瓷燃料電池（PCFC）基于質(zhì)子導(dǎo)電陶瓷電解質(zhì),，具有污染物排放低,、效率高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)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(jìn)程受阻,。目前,，鈷基鈣鈦礦是使用最廣泛的正極材料，因?yàn)殁捄苋菀捉档秃吞岣咂溲趸�,，從而產(chǎn)生優(yōu)越的氧還原反應(yīng)活性,，對(duì)正極的性能具有重要意義。但這些材料的成本高,，在采礦過(guò)程中容易造成污染,，而且制備程序復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),。在鋰離子電池中,，對(duì)這種材料的需求也很高。鋰離子電池通常用于電動(dòng)汽車,。
理想情況下,，采用成本較低但反應(yīng)活性相當(dāng)?shù)倪^(guò)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(xué)性質(zhì),，但價(jià)格要低得多,。然而，鐵基材料通常被認(rèn)為是較差的催化劑,，無(wú)法產(chǎn)生令人滿意的性能,。因此，必須對(duì)材料構(gòu)成進(jìn)行微調(diào),，以確定性能最好的材料,。
基于這個(gè)方向，由該校機(jī)械與航空航天工程系和化學(xué)與生物工程系Francesco CIUCCI教授負(fù)責(zé)的研究團(tuán)隊(duì),，結(jié)合第一性原理模擬,、分子軌道分析和實(shí)驗(yàn)，使用廉價(jià)的元素（如鋇,、鐵和鋯）設(shè)計(jì)出新的低成本陶瓷,，從而創(chuàng)造了一種具有創(chuàng)紀(jì)錄性能的PCFC。
該團(tuán)隊(duì)根據(jù)基本物理化學(xué)原理和密度泛函理論來(lái)設(shè)計(jì)正極材料,。通過(guò)計(jì)算導(dǎo)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(shí)驗(yàn)表明,，D-BFZ具有卓越的電化學(xué)活性,，能與氧發(fā)生反應(yīng),，達(dá)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(jiǎn)單的,、適合大規(guī)模生產(chǎn)的合成技術(shù)來(lái)生產(chǎn)D-BFZ,，這是實(shí)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(jìn)一步的發(fā)展,。研究人員將利用第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)提高PCFC的性能,。若能可逆使用,，PCFC將對(duì)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(yùn)輸,。”
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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