美國研發(fā)新型電極材料 讓電化學(xué)電池高效互相轉(zhuǎn)化電與氫

雖然風(fēng)能和太陽能等能源能夠在發(fā)電的時候，實現(xiàn)無排放，但是卻依賴風(fēng)和太陽，而此種供應(yīng)并非總能滿足需求。同樣地，核電站以最大容量運行時效率更高，因此無法根據(jù)需求增加或減少發(fā)電量。幾十年來，能源研究人員都在試圖解決一個重大挑戰(zhàn)，即如何存儲多余的電力，以便在需要的時候再釋放回電網(wǎng)。

據(jù)外媒報道，最近，美國愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory）的研究人員研發(fā)了一款用于電化學(xué)電池的新型電極材料，解決了上述難題。此種電池能夠高效地將多余的電力和水轉(zhuǎn)化為氫，當(dāng)電力需求增加時，該電化學(xué)電池能夠反過來將氫轉(zhuǎn)換成電，用于電網(wǎng)。而產(chǎn)生的氫還可作為燃料，用于取暖、車輛或其他用途。

研究人員早就認識到氫作為儲能介質(zhì)的潛力，于是改進了一種名為質(zhì)子陶瓷電化學(xué)電池（PCEC）的電池，此種電池可以利用電力，將蒸汽分解成氫和氧。

不過，在過去，此類設(shè)備具有局限性，特別是在高達800攝氏度的高溫下工作時。高溫就要求昂貴的材料，還會加速材料降解，從而讓電化學(xué)電池的成本極高。

在此次研究中，研究人員描述了一種新型氧電極材料，是一種能夠同時促進水分解和氧還原反應(yīng)的導(dǎo)體。與大多數(shù)電化學(xué)電池不同，此種新材料是一種鈣鈦礦化合物氧化物，無需額外的氫，就能夠讓電池將氫和氧轉(zhuǎn)化為電力。

在此之前，研究人員曾為該電極研發(fā)了一種3D網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，從而讓其表面積更大，以將水分解成氫和氧。3D網(wǎng)格狀電極和新型電極材料結(jié)合，能夠讓該款電池在400至600攝氏度高溫下自給自足，且可進行可逆性操作。

研究人員表示：“我們證明了該PCEC能夠在此種低溫下進行可逆操作，可以在無需任何外部氫供應(yīng)的情況下，將水分解生成氫，再轉(zhuǎn)化為電力，實現(xiàn)自給自足。”

過去，氧電極只傳導(dǎo)電子和氧離子，而新型鈣鈦礦能夠進行“三重傳導(dǎo)”，即可傳導(dǎo)電子、氧離子和質(zhì)子。在實際應(yīng)用中，能夠進行三重傳導(dǎo)的電極會更快發(fā)生反應(yīng)、更高效，因而可以在保持良好性能的同時，降低操作溫度。

未來，研究人員希望繼續(xù)將創(chuàng)新材料與前沿制造工藝相結(jié)合，繼續(xù)改進該款電化學(xué)電池，以讓該技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模。