研究人员发现了一种超快的替代方案，可以替代传统的缓慢氧离子传输 燃料电池，通过直接使用碳氢燃料来提高效率和性能。 商业应用前景广阔。
与电池一样，燃料电池通过电化学过程产生能量。不像 电池，它们不会耗尽或需要充电。然而，潜在的优势 燃料电池的发展被成本、性能和耐用性等挑战所抵消。
足球比赛结果研究员两位研究生苏瀚瑞和张伟接受了这些挑战，改变了 通过在电解质之间创建界面来实现燃料电池的传统路径 熔化的碳酸盐作为氧离子转移的超快通道。
“这使我们能够发明一种全新类型的燃料电池，一种碳酸盐超结构燃料电池 固体燃料电池（CSSFC），”查尔斯和卡罗尔·麦克阿瑟基金会的持有者胡说。 材料科学与工程系讲座教授材料科学与工程足球比赛结果
与其他燃料电池一样，CSSFC 具有广泛的潜在用途，从提供 运行能量以及整个发电站的家庭发电。由于 CSSFC 的燃料灵活， 它们在较低的工作温度下提供更高的耐用性和能量转换效率 比其他类型的燃料电池。
大多数燃料电池由氢气提供动力——通常由含氢产生 化合物，最常见的是甲烷——通过称为重整的昂贵过程。但是 胡实验室开发的CSSFC可以直接使用甲烷或其他碳氢燃料。
Hu 表示，商业应用对燃料灵活性特别感兴趣。并且， 新型燃料电池在较低工作温度下的电化学性能提供了 其他几个优点。 “传统固体氧化物的工作温度 燃料电池的温度通常为 800 摄氏度或更高，因为固体中的离子转移 电解质在较低温度下速度非常慢，”胡说。 “相比之下，CSSFC 超结构电解质可在 550 摄氏度下提供快速离子传输 或更低——甚至低至 470 摄氏度。”
传播研究成果
胡、苏和张得出了他们的发现，“”，发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。
大多数燃料电池由氢气提供动力——通常由含氢产生 化合物，最常见的是甲烷——通过称为重整的昂贵过程。但是 胡实验室开发的CSSFC可以直接使用甲烷或其他碳氢燃料。
Hu 表示，商业应用对燃料灵活性特别感兴趣。并且， 新型燃料电池在较低工作温度下的电化学性能提供了 其他几个优点。 “传统固体氧化物的工作温度 燃料电池的温度通常为 800 摄氏度或更高，因为固体中的离子转移 电解质在较低温度下速度非常慢，”胡说。 “相比之下，CSSFC 超结构电解质可在 550 摄氏度下提供快速离子传输 或更低——甚至低至 470 摄氏度。”
“CSSFC 可以直接使用甲烷和各种其他碳氢化合物燃料运行 — 无需改革。由于这一点，它在商业应用方面很有希望 燃料灵活性。”
相对较低的工作温度提供了较高的理论效率和较低的 电池制造成本。胡说，它的运营也可能比其他方式更安全。 固体燃料电池。
CSSFC 的测试还显示出前所未有的高开路电压 (OCV)， 这表明没有电流泄漏损耗，能量转换效率高。
胡估计 CSSFC 的燃油效率可达到 60%。相比之下，35% 到 30% 之间。 CSSFC 更高的燃油效率可能会带来更低的碳排放 车辆中的二氧化碳排放。
胡云航
yunhangh@mtu.edu
906-487-2261
研究兴趣
- 用于能源和环境的纳米材料（如3D石墨烯）
- 能源上部结构材料
- 能源设备（太阳能电池、燃料电池、电池和超级电容器）
- 多相催化
- 热光催化
- 光催化
- 电催化
- 利用二氧化碳合成新型固体材料和液体燃料2
- 天然气转化
- 氢气生产和储存
- 生物质转化利用
- 微塑料
- 废塑料转化利用
四年前开始寻找改进固体氧化物燃料电池 (SOFC) 的方法。 除了解决与 SOFC 工作温度相关的问题外， 全行业的目标——他们研究了上层结构材料的独特性能。 SOFC具有特定的形式以服务于特定的功能，具有广泛的应用 在科学和工程领域。
碳氢燃料的较低工作温度是有问题的，因为它们会导致 燃料缓慢氧化并导致焦化——此时碳沉积物就会积聚 使燃料电池变得粘稠，降低效率和性能。 “碳氢化合物氧化动力学 由于强大的碳氢键，它们在较低温度下极其缓慢，” 胡说。 “碳沉积还会通过覆盖电极的催化作用来使电极失活。 网站。” 为了验证他们的假设，研究人员在实验室中制造了一个设备。 “在我们的实验中， CSSFC在550摄氏度下表现出超高的氧离子电导率，实现了 碳氢化合物燃料的快速氧化。这导致了前所未有的高开路 电压为 1.041 伏，峰值功率密度高达每平方 215 毫瓦 厘米，以及使用干甲烷燃料时具有出色的抗结焦性，”胡说。 他和他的团队将继续探索新领域，包括创造上层建筑 材料作为能源设备的新平台。
“最后，我们的观察激发了一个假设：之间存在连续的界面 熔融碳酸盐和固体离子导体可以构成超快传输 氧离子通道——即氧离子超导体。”
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