燃料電池
美國的固體氧化物燃料電池研究獲兩項重大進展
2026-04-11 15:07:35
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據美國物理學家組織網11月17日報道，美國哈佛大學的科學家最近報告了其在固體氧化物燃料電池(SOFCs)領域取得的兩項進展：其一是電池中不再使用鉑材料；其二是將電池的運行溫度降低至300攝氏度到500攝氏度之間。研究人員表示，基於SOFCs在更低的操作溫度、更豐富的燃料來源以及更便宜的材料方麵取得的進步，SOFCs可能很快成為一項主流技術，未來將能給手提電腦或手機供電。
哈佛大學工程和應用科學學院(SEAS)的施瑞拉姆·拉曼拉森是SOFCs領域的專家和革新者，他的研究團隊在本月出版的《電源雜誌》上介紹了他們的最新成果。
向鉑材料“拜拜”
SOFCs屬於第三代燃料電池，這種全固態化學發電裝置可在中高溫條件下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能。但是，可靠性、溫度和成本一直是用SOFCs給手提電腦、手機充電或驅動下一代汽車和卡車所遇到的“攔路虎”。
在SOFCs中，氧離子從陰極通過電解液朝陽極進發，在陽極產生電流並回流到陰極。其原理似乎很簡單，但迄今為止，SOFCs一直更適合實驗室而不是辦公室或汽車。
拉曼拉森團隊的第一篇論文中介紹了一種可以穩定運行、功能性的全陶瓷薄膜電池，最重要的是，這種電池不需要鉑材料。鉑是微型SOFCs常(chang)用(yong)的(de)電(dian)極(ji)材(cai)料(liao)，但(dan)鉑(bo)非(fei)常(chang)昂(ang)貴(gui)而(er)且(qie)不(bu)穩(wen)定(ding)。拉(la)曼(man)拉(la)森(sen)表(biao)示(shi)，如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)多(duo)孔(kong)的(de)金(jin)屬(shu)電(dian)極(ji)，從(cong)本(ben)質(zhi)上(shang)來(lai)講(jiang)，它(ta)們(men)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)長(chang)時(shi)間(jian)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)，會(hui)凝(ning)聚(ju)結(jie)塊(kuai)並(bing)在(zai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)內(nei)製(zhi)造(zao)開(kai)路(lu)電(dian)路(lu)。因(yin)此(ci)，在(zai)其(qi)研(yan)製(zhi)的(de)新(xin)型(xing)薄(bo)膜(mo)SOFCs中，研究人員采用了緊密的特殊的陶瓷薄膜包裹層(每一層的厚度僅為幾納米)，不僅不需要鉑或者多孔金屬電極，還將電解液的使用量減少到以前的百分之一甚至千分之一，從而使新電池成本更低、可靠性更高。
可在更低溫度下運行
在第二篇論文中，該研究團隊演示了一款由甲烷提供電力的微型SOFCS，其運行溫度在500攝氏度以下，比以前有了很大的進步。
傳統SOFCs的運行溫度一般是800攝氏度到1000攝氏度，用它們無法給智能手機充電。最近幾年，材料科學家一直試圖將操作溫度降低到300攝氏度到500攝氏度之間。而且，當燃料電池的運行溫度更低時，對材料就不再那麼挑剔，也就允許將不那麼昂貴的陶瓷和金屬結合在一起使用。
拉曼拉森表示，在這個領域內，低溫是“聖杯”。如果能夠讓高效率的SOFCs在300攝氏度到500攝氏度的溫度下運行，人們就可以在交通工具或便攜式電子產品上使用它們，並且可以使用不同的燃料來源。
該研究團隊研發出的新SOFCs使用的是儲量豐富且便宜的天然氣甲烷。迄今為止，SOFCs中使用的主要燃料是氫氣，拉曼拉森表示，製造純淨的氫氣非常昂貴，這限製了SOFCs的應用範圍。隨著甲烷取代氫氣成為SOFCs的主要燃料來源，在溫度、可靠性和價格等方麵取得的進展會互相加強。
拉曼拉森補充道，他們將進行進一步的研究，探索新型的用於甲烷SOFCs的催化劑，最終找到便宜豐富、有助於進一步降低運行溫度的材料。
哈佛大學電子工程學助理教授羅伯特·伍德領導的研究團隊目前正在開發小型飛行機器人RoboBees項目，旨在利用全新技術研發出一種低功耗、高貯能、高智能、可持續飛行的仿生飛行機器人。拉曼拉森和伍德希望，新的微型SOFCs能夠為該機器人提供電力，讓其離開地麵。
