2022年08月17日 星期三
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无碳氢:在简单酸处理中发现提高绿色技术效率的关键

2022/5/27 17:27:23874

据国外媒体报道:开发新的、更高效的电化学电池可以为无碳氢以及大规模发电和储存提供一个很好的选择。但首先,科学家必须克服几个挑战,包括如何提高电池效率和降低成本。

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最近,爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory, INL)领导的一个研究团队使用了一种简单的方法,将材料更紧密地结合在质子陶瓷电化学电池(PCECs)中,解决了限制该技术发展的一个重要障碍。该研究结果发表在最新一期的科学杂志《自然》上。

正如可充电电池通过化学反应来储存电力供以后使用一样,PCEC可以将多余的电力和水转化为氢气。PCEC也可以反向运行,将氢气转化为电能。该技术使用钙钛矿结晶材料,这种材料价格低廉,能够在很宽的温度范围内工作。

从理论上讲,与类似的电化学电池相比,PCECs 可以在更宽的温度范围内更高效地运行。但直到现在,研究人员还无法实现该技术的理论潜力。

该团队着手通过测量质子(带正电的氢原子)流过电极/电解质界面的过程来解决这个谜团。经研究发现,界面是问题的关键。具体来说,INL 的材料工程研究员怀疑电极和电解质的结合不够紧密。

研究团队使用简单的酸处理将电极与电解质结合,从而更有效地传递能量。简单的酸处理可以使PCECs的表面恢复活性,帮助其实现性能最大化。这种方法可以很容易地扩大规模并集成到大型电池和电堆制造中。

经过仔细检查,研究人员发现酸处理增加了电极和电解质之间的接触面积——使表面更加粗糙,就像陶工在连接手柄之前将杯子的潮湿粘土粗糙化一样。

表面积增加导致电极和电解质之间的结合更紧密,从而使氢原子更高效地传输。此外,电池稳定性显著提高,尤其是在某些极端条件下。

利用该技术制造的高性能PCECs使工作温度降低到了350℃。该工作温度为大规模组装提供了更便宜的材料选择。更重要的是,该技术的运行温度范围与目前几个重要的工业制造过程类似,包括合成氨和二氧化碳减排。温度匹配将加速该技术在现有行业中的应用。