穩(wěn)定銀膜為固體氧化物燃料電池提供便攜可能
固體氧化物燃料電池(SOFC)可提供穩(wěn)定且有效的方式來產(chǎn)生清潔的電化學(xué)電力,但由于其較高的操作溫度限制在便攜式設(shè)備中并缺乏實(shí)際操作性。
由A*STAR新加坡制造技術(shù)研究所Florencia Edith Wiria和南洋理工大學(xué)Pei-Chen Su開發(fā)的新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)策略可以幫助推動(dòng)SOFC進(jìn)入主流使用。
微型SOFC可以環(huán)保的方式提供比現(xiàn)有電池更多的電力,對于目前微型SOFC設(shè)計(jì)中使用的昂貴的鉑陰極,銀是一種吸引人的且價(jià)格合理的替代品。
但是銀電極易熔化,因此它們不能保持在這些裝置通常操作的500-1000攝氏度溫度范圍內(nèi)進(jìn)行有效電化學(xué)反應(yīng)所需的精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)。因此,Wiria和Su尋求開發(fā)該系統(tǒng)的耐熱版本。
“這將使SOFC從傳統(tǒng)固定電源擴(kuò)展到便攜式應(yīng)用。”Wiria表示。
Wiria和Su采用“濕化學(xué)滲透”策略,其中他們用一層摻雜釤的二氧化鈰(SDC)涂覆銀薄膜,通過使用3-D打印機(jī),對電極設(shè)計(jì)進(jìn)行了精細(xì)控制。“我們希望利用這種能力來打印精細(xì)、復(fù)雜的結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)各種形狀的電源。”Wiria補(bǔ)充。得到的銀膜保留了所需的納米級結(jié)構(gòu),同時(shí)受到了SDC結(jié)晶層的保護(hù)。
雖然傳統(tǒng)的銀膜會隨著溫度超過300-400攝氏度迅速熔化成無定形聚合物,但SDC滲透的薄膜即使在500攝氏度下也基本保持不變。
經(jīng)過超一天的連續(xù)操作后,這種增強(qiáng)的陰極完整性轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的燃料電池性能,其性能甚至超過了鉑電極。“我們用納米多孔銀陰極顯著改善了固體氧化物燃料電池的熱穩(wěn)定性,將該性能從目前的73.6%降至7.9%。”Wiria表示。
顯微鏡分析證實(shí),即使在該測試之后,電極微結(jié)構(gòu)仍保持基本完整,并且滲透的陰極在60小時(shí)的操作后僅表現(xiàn)出適度的額外退化。
這項(xiàng)工作有望極大地?cái)U(kuò)展微尺度SOFC的效用,Wiria和Su正在尋求進(jìn)一步的改進(jìn),以便在陰極設(shè)計(jì)中提供更大的穩(wěn)定性和靈活性。
“我們目前正在嘗試使用‘核-殼’方法來完全封裝銀納米粒子。”Wiria解釋:“同時(shí)研究其他3D打印方法來生產(chǎn)SDC滲透的SOFC。”
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