耐用性高，耐焦化、耐硫，燃料通用的質(zhì)子陶瓷燃料電池

Highly durable, coking and sulfur tolerant, fuel-flexible protonic ceramic fuel cells.

Nature，volume 557, pages217–222 (2018) 

該論文由科羅拉多礦業(yè)大學(xué)（Colorado School of Mines）、馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）等大學(xué)和機(jī)構(gòu)合作完成。

質(zhì)子陶瓷燃料電池與高溫固體氧化物燃料電池類似，可以直接使用氫氣或碳?xì)浠衔镒鳛槿剂?，發(fā)電效率高于50%。固體氧化物燃料電池容易受到焦化和硫中毒的影響，導(dǎo)致電池性能下降。質(zhì)子氧化物燃料電池具有更好的性能和抗焦化能力，但之前并沒有這方面系統(tǒng)的研究。

本文系統(tǒng)研究了11種不同燃料的質(zhì)子陶瓷燃料電池在500-600℃條件下的長時(shí)間運(yùn)行情況。燃料包括氫氣，甲烷，天然氣（含或者不含硫化氫），丙烷，正丁烷，異丁烷，異辛烷，甲醇，乙醇和氨，這些氣體幾乎包括了所有燃料類型。

在沒有對(duì)電池組成或結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何修正的情況下，使用商用燃料，對(duì)燃料未進(jìn)行任何前處理，結(jié)果顯示電池能夠耐受大的溫度波動(dòng)；即使在數(shù)千小時(shí)連續(xù)運(yùn)行之后，也沒有觀察到焦化現(xiàn)象；大多數(shù)情況下，持續(xù)運(yùn)行一千小時(shí)，燃料的降解低于1.5%。另外，即使有硫的存在，在低溫和高溫情況下，并沒有影響到電池的性能。燃料的通用性和長期穩(wěn)定性顯示這項(xiàng)技術(shù)非常有希望推廣普及到商用領(lǐng)域。

這項(xiàng)研究成果于2018年5月在Nature發(fā)表，引發(fā)了不小的轟動(dòng)。文中使用Gamry電化學(xué)工作站Reference 3000進(jìn)行I-V極化曲線測(cè)試，實(shí)驗(yàn)在高溫條件下的混合質(zhì)子和氧離子導(dǎo)體中進(jìn)行。