斯坦福低溫燃料電池破記錄

據北極星智能電網在線報道：更快、更小、更低溫，納米技術研究人員往往喜歡對他們研發的新技術以“更”來描述，但來自美國斯坦福大學納米原型實驗室的Fritz Prinz教授日前宣稱開發出了可以用“最”來描述的創新科技。由Prinzlvlingdeyanfatuanduifamingchuangzaodegutiyanghuawuranliaodianchi，meilifangyingcunsuonengchuandidenengliangshimuqianjishuzhongzuigaode，erqieqidiwenshiyongxingyoushimingxian
，bingdapoleyuanyouderanliaodianchizuidizhengchanggongzuowendudejilu。

美mei國guo能neng源yuan部bu的de相xiang關guan政zheng策ce已yi經jing表biao明ming
，固gu體ti氧yang化hua物wu燃ran料liao電dian池chi將jiang是shi未wei來lai潔jie淨jing能neng源yuan的de主zhu流liu研yan發fa方fang向xiang。通tong過guo利li用yong一yi些xie更geng為wei常chang見jian的de民min用yong燃ran料liao資zi源yuan，燃ran料liao電dian池chi有you望wang在zai將jiang來lai的de某mou一yi天tian成cheng功gong取qu代dai大da型xing的de燃ran油you驅qu動dong能neng量liang生sheng產chan方fang式shi，為wei了le早zao日ri把ba燃ran料liao電dian池chi應ying用yong到dao日ri常chang生sheng活huo中zhong
，更geng高gao的de效xiao能neng和he更geng低di的de正zheng常chang工gong作zuo溫wen度du是shi產chan品pin開kai發fa中zhong的de核he心xin影ying響xiang要yao素su。Prinz團隊大幅度提高了相關的技術水平
，讓我們更接近這一目標，這個裏程碑式的創新科學技術被刊登在了Nano Letters科技雜誌上
，Science也對該技術做了報道。

經(jing)過(guo)前(qian)後(hou)十(shi)幾(ji)年(nian)大(da)量(liang)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)和(he)若(ruo)幹(gan)屆(jie)學(xue)生(sheng)的(de)共(gong)同(tong)努(nu)力(li)，才(cai)有(you)了(le)今(jin)天(tian)這(zhe)款(kuan)擁(yong)有(you)創(chuang)紀(ji)錄(lu)性(xing)能(neng)表(biao)現(xian)的(de)固(gu)體(ti)氧(yang)化(hua)物(wu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)產(chan)品(pin)。該(gai)項(xiang)研(yan)究(jiu)開(kai)始(shi)於(yu)1999年，當時日本本田汽車公司聯係到Prinzjiaoshou，qingqiutakaizhancigongzuo，yinweibentiangongsifeichangqingchugutiyanghuawuranliaodianchijiangchengweiyizhongfeichangyoujingzhenglidechezaifuzhudianyuanzhuangzhi，suoyitamenxiangyongyougengbangderanliaodianchi，zaishichangjingzhengzhongzhanjuyoulidiwei。

固體氧化物燃料電池是可分離、能堆疊在一起的小型單元集合體，每個單元由三個部分組成：燃料、氧氣供應源和一層特別製造的薄膜。最為常見的燃料有氫氣和天然氣
，預先添加入車載儲存罐或儲存箱中，再向燃料電池不斷供應；氧氣直接來自於空氣


；特(te)製(zhi)薄(bo)膜(mo)是(shi)使(shi)用(yong)一(yi)種(zhong)固(gu)體(ti)氧(yang)化(hua)物(wu)加(jia)工(gong)的(de)

，可(ke)以(yi)把(ba)氧(yang)氣(qi)和(he)燃(ran)料(liao)分(fen)離(li)到(dao)不(bu)同(tong)兩(liang)側(ce)
，並(bing)把(ba)陰(yin)性(xing)帶(dai)有(you)負(fu)電(dian)荷(he)的(de)氧(yang)離(li)子(zi)從(cong)氧(yang)氣(qi)這(zhe)一(yi)側(ce)傳(chuan)遞(di)到(dao)燃(ran)料(liao)這(zhe)一(yi)側(ce)，最(zui)終(zhong)有(you)效(xiao)地(di)加(jia)劇(ju)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)的(de)氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)。

特te製zhi薄bo膜mo經jing加jia工gong噴pen塗tu上shang了le鉑bo金jin粒li子zi

，在zai氧yang氣qi側ce該gai粒li子zi幫bang助zhu破po壞huai中zhong性xing的de氧yang氣qi分fen子zi結jie構gou
，轉zhuan化hua成cheng帶dai負fu電dian荷he的de氧yang離li子zi
，然ran後hou薄bo膜mo把ba氧yang離li子zi運yun往wang燃ran料liao側ce，一yi旦dan與yu燃ran料liao發fa生sheng接jie觸chu
，二er者zhe就jiu發fa生sheng強qiang烈lie的de氧yang化hua還hai原yuan反fan應ying，並bing立li刻ke釋shi放fang出chu大da量liang的de電dian子zi(電力學最小微量)，而遊離態的電子可以用來為各種電器設備功能
，比如電燈泡、智能手機和汽車。

Prinz團tuan隊dui的de研yan究jiu重zhong點dian是shi解jie決jue現xian有you燃ran料liao電dian池chi在zai燃ran燒shao過guo程cheng中zhong一yi係xi列lie問wen題ti
，氧yang離li子zi在zai高gao溫wen下xia的de移yi動dong速su度du遠yuan高gao於yu低di溫wen，這zhe就jiu意yi味wei著zhe如ru果guo想xiang獲huo得de高gao的de工gong作zuo效xiao能neng
，則ze必bi須xu讓rang燃ran料liao電dian池chi保bao持chi在zai高gao溫wen環huan境jing，原yuan有you的de技ji術shu所suo要yao求qiu的de工gong作zuo溫wen度du往wang往wang高gao於yu500攝(she)氏(shi)度(du)，但(dan)這(zhe)樣(yang)的(de)高(gao)溫(wen)足(zu)以(yi)融(rong)化(hua)電(dian)池(chi)中(zhong)經(jing)常(chang)使(shi)用(yong)的(de)鋅(xin)材(cai)料(liao)。像(xiang)熔(rong)爐(lu)或(huo)由(you)電(dian)池(chi)功(gong)能(neng)的(de)加(jia)熱(re)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)為(wei)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)提(ti)供(gong)反(fan)應(ying)初(chu)始(shi)熱(re)量(liang)
，以(yi)加(jia)快(kuai)氧(yang)離(li)子(zi)穿(chuan)越(yue)薄(bo)膜(mo)的(de)速(su)度(du)；一(yi)旦(dan)氧(yang)氣(qi)和(he)燃(ran)料(liao)開(kai)始(shi)發(fa)生(sheng)反(fan)應(ying)，所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)能(neng)夠(gou)反(fan)過(guo)來(lai)為(wei)薄(bo)膜(mo)加(jia)熱(re)，讓(rang)它(ta)始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)在(zai)合(he)適(shi)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)。當(dang)降(jiang)低(di)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)的(de)時(shi)候(hou)
，氧(yang)化(hua)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)產(chan)生(sheng)能(neng)量(liang)中(zhong)用(yong)於(yu)加(jia)熱(re)薄(bo)膜(mo)的(de)熱(re)量(liang)供(gong)應(ying)將(jiang)會(hui)明(ming)顯(xian)的(de)降(jiang)低(di)，但(dan)同(tong)時(shi)氧(yang)離(li)子(zi)流(liu)動(dong)速(su)度(du)也(ye)會(hui)顯(xian)著(zhu)減(jian)緩(huan)，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)開(kai)始(shi)研(yan)發(fa)適(shi)用(yong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)結(jie)構(gou)的(de)更(geng)多(duo)材(cai)料(liao)
，希(xi)望(wang)新(xin)型(xing)材(cai)料(liao)既(ji)要(yao)有(you)高(gao)的(de)性(xing)價(jia)比(bi)，還(hai)要(yao)有(you)過(guo)硬(ying)的(de)質(zhi)量(liang)保(bao)證(zheng)。

較低的工作溫度代表著較慢的反應速度和較低的氧離子傳遞速度，原來的做法是在速度和溫度之間做出權衡，但是Prinztuanduizexiwangzaigengdiwendegongzuohuanjingxia
，tamenyanfaderanliaodianchijibuhuijianhuanyangliziyidongsudu，yebuhuijiangdixitongdexiaoneng。tamenkaizhandehexingongzuoshizhongxinshejilegutiyanghuawubomojiegou，shiqizaidiwenxiayouzhegenghaodeyanglizichuandixiaolv。yangqishizhiyueranliaodianchifazhandepingjing
，zheyeshiweishenmePrinz團隊把他們的絕大多數努力和創新研究都集中在了薄膜的氧氣側。

傳統的固體氧化物燃料電池薄膜都是平板結構，平麵薄膜易於加工生產，但沒能最充分地利用空間，所以Prinz團隊對這種薄膜進行了一係列的提升。首先，它們設計製造的薄膜坑坑窪窪、凹凸不平，從而增大了可以用來傳遞氧離子的表麵麵積;其次在起皺的表麵設計出微型顆粒凸起結構，看起來跟砂紙類似，進一步增加了固體氧化物和氧氣的潛在接觸點;然後薄膜的厚度也得到了不小的減低
，氧離子移動到燃料側變得更簡單方便。這款創新薄膜厚度僅有60納米，大約是玻璃紙厚度的兩百分之一。

Prinz團(tuan)隊(dui)工(gong)作(zuo)人(ren)員(yuan)還(hai)提(ti)到(dao)了(le)一(yi)項(xiang)提(ti)高(gao)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)效(xiao)能(neng)的(de)創(chuang)新(xin)技(ji)術(shu)，那(na)就(jiu)是(shi)他(ta)們(men)為(wei)薄(bo)膜(mo)噴(pen)塗(tu)了(le)一(yi)種(zhong)全(quan)新(xin)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)，但(dan)具(ju)體(ti)材(cai)料(liao)還(hai)沒(mei)有(you)公(gong)布(bu)。最(zui)後(hou)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)還(hai)為(wei)催(cui)化(hua)劑(ji)層(ceng)使(shi)用(yong)了(le)納(na)米(mi)級(ji)顆(ke)粒(li)凸(tu)起(qi)結(jie)構(gou)，與(yu)砂(sha)紙(zhi)式(shi)薄(bo)膜(mo)表(biao)麵(mian)結(jie)構(gou)有(you)著(zhe)異(yi)曲(qu)同(tong)工(gong)之(zhi)妙(miao)：氧離子有更多的機會被吸收，以參與之後的氧化還原反應。

Prinz相xiang信xin他ta們men的de新xin技ji術shu將jiang有you效xiao地di推tui進jin低di溫wen環huan境jing下xia固gu體ti氧yang化hua劑ji燃ran料liao電dian池chi的de研yan發fa進jin程cheng，低di溫wen高gao效xiao能neng的de特te性xing為wei將jiang來lai推tui廣guang到dao商shang用yong供gong電dian電dian源yuan領ling域yu打da下xia了le堅jian實shi的de基ji礎chu。