Nature：電極電催化活性的極大提升砸開了固體氧化物電池應用枷鎖

【引言】

固體氧化物電池可以以兩種形式高效運行：燃料電池模式，氧化燃料產生電能；電解池模式，電解水產生氫氣和氧氣。通常固體氧化物電池都是三層結構：多孔電極夾著致密電解質層，電極的電催化活性是制約固體氧化物電池性能的一大問題，近期原位脫溶復合納米催化劑應用于燃料電池中取得了較好的效果，例如北京科技大學趙海雷教授課題組就將其應用于固體氧化物燃料電池中（詳見材料牛前期導讀文章）。2016年8月22日，頂級學術期刊Nature在線發表了圣安德魯斯大學Jae-ha Myung、Dragos Neagu和John T. S. Irvine（共同通訊作者）等的一項關于原位脫溶復合納米催化劑的研究成果，它的亮點在于：電化學還原獲取原位脫溶復合納米催化劑。

【成果簡介】

常規獲取原位脫溶復合納米催化劑的方法是化學還原（如H₂）前驅體，通常需要10-30小時；圣安德魯斯大學Jae-ha Myung等采用電化學還原的方法僅僅用了150秒就制備了原位脫溶復合納米催化劑，并且該催化劑的脫溶深度更深，電催化活性更好， 將其應用于固體氧化物電池中燃料電池模式下比常規方法制備的催化劑性能提升了7倍（1.3W/cm² vs 0.2W/cm²）。

【圖文導讀】

圖1：電化學還原

a, 氧化還原脫溶示意圖：催化活性金屬在氧化環境下嵌入晶格中，在還原環境下脫溶到表面形成金屬顆粒。

b,c,?兩種還原脫溶方式：b,化學還原脫溶，c,電化學還原脫溶，施加2V電壓。

d,?兩種還原方式的熱重分析，藍色為化學還原脫溶，橙色為電化學還原脫溶。

e,?900℃氫氣還原20小時的SEM圖。

f,?900℃電化學還原（50%H₂O/N₂）150秒的SEM圖。

g,?f副本樣品在750℃ 3%H₂O/H₂ 0.7V條件下運行100小時后的SEM圖。h, e-g樣品的各種性能數據。

圖2：由電化學還原法制備的固體氧化物電池的性能

不同溫度下的V-I曲線：

a,電解池模式下50%H₂O/N₂。

b,燃料電池模式下3%H₂O/H₂。

c,可逆電池模式下50%H₂O/H₂。

圖3：長期穩定性測試

700℃運行的電池的串聯電阻，極化電阻，功率密度以及工作電壓。

【展望】

這項研究不僅為高性能穩定的納米結構以及固體氧化物電池提供了一條新的路線，而且也大大簡化了它們的制備復雜度。研究小組期望將這種方法應用于其他更多的領域。

文獻鏈接：Switching on electrocatalytic activity in solid oxide cells（Nature，2016， doi:10.1038/nature19090）

本文由材料人編輯部新能源學術組 浮世夢 供稿，點我加入材料人編輯部。

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