下一代燃料電池引領清潔能源未來

據國外網站報道：燃ran料liao電dian池chi是shi一yi種zhong非fei常chang高gao效xiao，僅jin需xu要yao消xiao耗hao少shao量liang水shui便bian可ke實shi現xian零ling排pai放fang的de新xin能neng源yuan選xuan擇ze。燃ran料liao電dian池chi優you異yi的de可ke擴kuo展zhan性xing和he靜jing謐mi性xing
，使shi它ta們men能neng夠gou完wan美mei地di應ying用yong到dao大da型xing中zhong心xin電dian站zhan或huo局ju部bu微wei電dian網wang中zhong。燃ran料liao電dian池chi可ke以yi利li用yong來lai自zi化hua石shi能neng源yuan的de氫qing氣qi，這zhe個ge固gu有you特te性xing使shi它ta們men特te別bie適shi合he解jie決jue由you化hua石shi燃ran料liao發fa電dian引yin發fa的de環huan境jing問wen題ti。

固體氧化物燃料電池（SOFC）是國家能源技術實驗室（NETL）的關鍵技術之一
，NETL是17個美國能源部國家實驗室中唯一一個致力於化石能源研究的實驗室。

NETL的de研yan究jiu特te別bie考kao察cha了le燃ran料liao電dian池chi在zai上shang萬wan小xiao時shi運yun行xing過guo程cheng中zhong的de緊jin密mi耦ou合he演yan變bian過guo程cheng。研yan究jiu人ren員yuan正zheng在zai全quan麵mian組zu合he所suo需xu基ji本ben技ji術shu知zhi識shi來lai檢jian查zha耦ou合he衰shuai退tui現xian象xiang。這zhe些xie信xin息xi對dui於yu大da幅fu提ti升sheng陶tao瓷ci工gong程cheng能neng力li，並bing將jiang大da大da加jia快kuai下xia一yi代dai先xian進jinSOFC材料和結構的上市時間。

NETL的研究在SOFC商(shang)業(ye)化(hua)開(kai)發(fa)和(he)技(ji)術(shu)創(chuang)新(xin)方(fang)麵(mian)取(qu)得(de)了(le)成(cheng)功(gong)。這(zhe)個(ge)成(cheng)功(gong)背(bei)後(hou)的(de)包(bao)含(han)了(le)化(hua)學(xue)工(gong)程(cheng)，材(cai)料(liao)科(ke)學(xue)，計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)
，分(fen)析(xi)科(ke)學(xue)，係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)等(deng)專(zhuan)家(jia)的(de)合(he)作(zuo)，以(yi)及(ji)其(qi)他(ta)眾(zhong)多(duo)為(wei)解(jie)決(jue)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)耐(nai)久(jiu)性(xing)和(he)全(quan)球(qiu)化(hua)推(tui)廣(guang)而(er)付(fu)出(chu)的(de)努(nu)力(li)。

性能衰退研究框架

盡管SOFC有很多優勢，但尚不能夠實現市場化。NETL係統分析專家認為性能衰退是阻礙SOFC商業化推廣的關鍵問題。性能衰退是任何SOFC結構從其設計伊始就需要竭力避免的問題。這種性能衰退限製了電池的使用壽命並降低了其經濟吸引力。

SOFC和功能材料研究員Kirk Gerdes博bo士shi解jie釋shi說shuo，性xing能neng衰shuai退tui一yi直zhi以yi來lai都dou是shi一yi個ge影ying響xiang燃ran料liao電dian池chi運yun行xing的de複fu雜za問wen題ti。我wo們men需xu要yao了le解jie性xing能neng衰shuai退tui過guo程cheng和he在zai複fu雜za多duo維wei操cao作zuo空kong間jian內nei材cai料liao係xi統tong相xiang互hu關guan係xi的de基ji礎chu知zhi識shi
，才cai能neng實shi現xian合he理li地di設she計ji，將jiangSOFC的性能衰退控製在目標水平。NETL正在開發的研究框架不僅能夠提供對衰退機製進行探索，還有助於跟蹤和預測電池的性能。

SOFC發生性能衰退主要是因為SOFC的材料和構成電極和電解質的電陶瓷長期暴露於高溫
、惡e劣lie的de工gong作zuo環huan境jing中zhong。另ling外wai，電dian池chi的de電dian活huo性xing區qu域yu限xian製zhi在zai納na米mi範fan圍wei內nei的de高gao強qiang度du電dian場chang中zhong。電dian池chi內nei的de熱re，化hua學xue和he靜jing電dian驅qu動dong力li結jie合he最zui終zhong導dao致zhi電dian池chi的de電dian化hua學xue活huo性xing下xia井jing
，效xiao率lv降jiang低di並bing最zui終zhong導dao致zhi電dian池chi故gu障zhang。

為了檢測和充分了解衰退發生的原因，NETL的SOFC一個研究方向就是集中開發一個研究框架，研究人員可以通過這個框架跟蹤和歸類衰退過程。

SOFC團隊的研究框架描述了所有性能衰退的可能性，而團隊的研究提供了真實數據來填充框架。這些努力支持了SOFC技術的商業化，並促進了基礎研究和技術創新的商業利用率。

SOFC衰退機理的詳細研究

研究衰退機理以改善燃料電池的壽命並最終降低係統成本是NETL及其行業合作夥伴的綜合研究方向
，其中包括建模，分析和表征方麵的專業知識。NETL研究人員與合作大學的研究人員合作，對來自產業界夥伴的SOFC樣品進行實驗。然後，隨著技術的發展和成熟
，他們被移交給這些合作夥伴進行商業用途。

例如
，NETL的微觀結構可視化工作詳細介紹了SOFC的內部工作過程。此工作使用強大的FIB-SEM設備捕獲橫截麵圖像，然後研究人員用它們來生成高分辨率的三維重建影像。 NETL已經創造了世界上最大高分辨率的電極重建影像那個
，其中一些比同樣分辨率下的其他可視化圖像大100倍。

建模允許研究人員模擬SOFClaohuaguocheng，xiangbiyutongchangwulishiyansuoxudeshuwanxiaoshiyunxingshijian，nenggougengkuaigengjingjidihuodeyouyiyidejieguo。yanjiurenyuannenggoujiancedianchidebianhuabingyanjiutedingcanshuduidianchixingnengdeyingxiang
，rubiaomianjihelijingfenbu。jiehe3Dweiguanjiegoukeshihuahuodedexinxi，yanjiurenyuankeyiquedingnaxiecaozuotiaojianheweiguanjiegouduiyugeidingdedianchijiangshizuiyoulide，congerhuodegengjianaijiu，genggaoxiaodedianchi。

William Epting博士解釋說，將這些獨特的重建圖與定製的計算代碼一起使用，可以量化研究幾種多孔SOFC電(dian)極(ji)結(jie)構(gou)特(te)性(xing)與(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)性(xing)能(neng)的(de)關(guan)係(xi)。這(zhe)樣(yang)一(yi)來(lai)，電(dian)極(ji)性(xing)質(zhi)和(he)電(dian)池(chi)性(xing)能(neng)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)空(kong)間(jian)可(ke)視(shi)化(hua)，就(jiu)能(neng)看(kan)到(dao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)故(gu)障(zhang)點(dian)。通(tong)過(guo)研(yan)究(jiu)電(dian)極(ji)上(shang)這(zhe)些(xie)性(xing)質(zhi)的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)及(ji)其(qi)與(yu)性(xing)能(neng)和(he)衰(shuai)退(tui)的(de)關(guan)係(xi)
，他(ta)們(men)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)改(gai)進(jin)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)材(cai)料(liao)和(he)製(zhi)造(zao)，以(yi)提(ti)高(gao)長(chang)期(qi)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)。

NETL還采用了一個輔助建模檢測SOFC的特性
，以確定如何優化電池，實現更好的耐久性。 NETL高級研究員Wenhai Wen博士解釋說，在這種方法中
，研究人員探索了電池運行條件下各種微結構屬性如何影響的微觀結構演化的過程，使用模擬合成SOFC微觀結構方法研究SOFC性xing能neng衰shuai退tui，這zhe些xie結jie構gou用yong實shi體ti模mo型xing是shi難nan以yi構gou建jian和he測ce試shi的de。這zhe種zhong模mo擬ni工gong作zuo的de一yi個ge好hao處chu是shi，研yan究jiu人ren員yuan可ke以yi構gou建jian一yi個ge在zai性xing能neng和he耐nai久jiu性xing方fang麵mian完wan美mei的de燃ran料liao電dian池chi，而er無wu需xu昂ang貴gui和he費fei時shi的de實shi驗yan模mo型xing。

電極創新以改善SOFC性能

除了對燃料電池衰退原理的詳細研究外，NETL的燃料電池研究人員還開發了新技術，以提高電池性能和效率，最終降低係統成本。這些創新之一是將催化劑滲透到SOFC的多孔電極中，這種納米製造工藝已經獲得了多個獎項。

這種滲透方法也采用了NETL研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)設(she)計(ji)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)模(mo)型(xing)，它(ta)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)滲(shen)透(tou)過(guo)程(cheng)
，將(jiang)材(cai)料(liao)精(jing)確(que)滲(shen)透(tou)到(dao)各(ge)個(ge)位(wei)置(zhi)
，使(shi)得(de)固(gu)體(ti)和(he)氣(qi)體(ti)能(neng)夠(gou)有(you)序(xu)充(chong)分(fen)地(di)接(jie)觸(chu)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)效(xiao)率(lv)，獲(huo)得(de)最(zui)佳(jia)性(xing)能(neng)。通(tong)過(guo)滲(shen)透(tou)添(tian)加(jia)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)方(fang)法(fa)，可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)了(le)原(yuan)先(xian)SOFC中通常遇到的結構隨機性問題，並將電催化劑分散到最有效的位置
，從而顯著改進SOFC的結構。

該技術能夠有效地將SOFC從實驗室推向市場：工業界可以輕鬆采用一步滲透法將SOFC實現批量生產。 NETL研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)還(hai)創(chuang)建(jian)了(le)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)精(jing)細(xi)化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)的(de)精(jing)細(xi)催(cui)化(hua)劑(ji)，用(yong)於(yu)更(geng)均(jun)勻(yun)的(de)沉(chen)積(ji)和(he)聲(sheng)波(bo)噴(pen)塗(tu)。該(gai)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)沉(chen)積(ji)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)了(le)以(yi)前(qian)的(de)多(duo)個(ge)熱(re)處(chu)理(li)步(bu)驟(zhou)，加(jia)快(kuai)了(le)催(cui)化(hua)劑(ji)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)。

產chan業ye合he作zuo夥huo伴ban的de全quan尺chi寸cun測ce試shi表biao明ming

，這zhe種zhong製zhi造zao工gong藝yi產chan生sheng的de材cai料liao和he納na米mi結jie構gou比bi傳chuan統tong電dian極ji更geng先xian進jin，功gong率lv密mi度du增zeng加jia
，電dian極ji衰shuai退tui減jian少shao
，電dian池chi壽shou命ming延yan長chang一yi倍bei。該gai方fang法fa在zai最zui近jin公gong開kai的de專zhuan利li申shen請qing中zhong表biao明ming，該gai方fang法fa將jiang大da大da加jia快kuai當dang前qian的de研yan究jiu進jin程cheng，並bing最zui終zhong實shi現xian先xian進jinSOFC（電極）的商業規模製造。

NETL的研究工作仍在繼續
，它的總體目標是加速潔淨能源轉化技術的建設和部署。隨著對電池性能衰退的原理和影響SOFC耐久性的因素的進一步深入了解，研究人員可以設計出一些方法和工具，以減少特定條件下電池的衰減。這意味著耐久性更好、功能更加強大的SOFC將成為能源行業最具吸引力和競爭力的一員。