燃料電池
應用於固體氧化物燃料電池新的電解質材料
2026-04-11 15:06:42
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日本材料料學國家研究院（Japan’s National Institute for Material Science）的燃料電池納米材料研究團隻於2010年11月29日宣布，成功開發二種類型新材料，可滿足固體氧化物燃料電解質所有的三種要求：高的離子傳導性、化學穩定性和燒結性。電池(SOFC)
該研究團隊於2010年9月20日曾在《自然材料雜誌（journal Nature Materials）》上(shang)披(pi)露(lu)，引(yin)入(ru)了(le)高(gao)性(xing)能(neng)材(cai)料(liao)，甚(shen)至(zhi)在(zai)較(jiao)低(di)溫(wen)度(du)下(xia)也(ye)有(you)很(hen)高(gao)的(de)質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)性(xing)，但(dan)是(shi)需(xu)采(cai)用(yong)稱(cheng)之(zhi)為(wei)脈(mai)衝(chong)激(ji)光(guang)沉(chen)積(ji)法(fa)的(de)特(te)種(zhong)技(ji)術(shu)來(lai)製(zhi)取(qu)。在(zai)新(xin)的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，高(gao)性(xing)能(neng)的(de)電(dian)解(jie)質(zhi)材(cai)料(liao)可(ke)采(cai)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)共(gong)模(mo)壓(ya)和(he)再(zai)在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)燒(shao)結(jie)來(lai)獲(huo)取(qu)，適(shi)宜(yi)於(yu)大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)。這(zhe)一(yi)結(jie)果(guo)可(ke)望(wang)促(cu)進(jin)固(gu)體(ti)氧(yang)化(hua)物(wu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)(SOFC)的商業化。
采用被釔摻雜的鋇鋯酸鹽，擁有10 mol%鐠(BZPY)，加入Pr可改進BZY的可燒結性，並且密實的樣品可在1500°C下燒結8個小時後獲得。這種材料顯示出非常高的質子傳導性(600°C時高於0.01S/cm)，可與BCZY的質子傳導性相比擬，現已提議用作質子傳導體的電解質，擁有更好的化學品穩定性，因而應用於燃料電池設備具有可靠性。圖1示明燃料電池測試情況。
圖1. 燃料電池測試情況。 左為BZPY基單一電池在燃料電池測試後的情況，右為BZPY基燃料電池在550、600和650℃測試後的電壓和電力密度曲線
SOFC的工作溫度可降低至低於700 °C，這是這類設施廣泛實用所必須的。被釔摻雜的鋇鋯酸鹽(BZY)現已被考慮作為SOFC中常規使用的氧離子傳導體電解質的替代品，因為它在低溫下擁有較高的質子傳導性。
采用這種電解質膜的燃料電池表明，對於BZY-基電解質，最大的燃料電池性能在600 °C下可達0.169 W/cm2。采用這種方法製取的BZY膜表明有極好的化學品穩定性，有潛力可長期使用。
這二種材料有希望作為SOFC在中等溫度範圍內（500~650 °C）工作的電解質材料，可減少SOFC的組裝和操作費用，因而可加速推向商業化。
