革命性的催化剂涂层技术在短短4分钟内使燃料电池性能飙升

一种新的氧化物催化剂涂层技术显著提高了固体氧化物燃料电池的性能，使其效率提高了三倍。这项突破性技术用途广泛，可应用于固体氧化物燃料电池和高温电解等各种应用。

研究人员开发了一种突破性的固体氧化物燃料电池（SOFC）催化剂涂层技术，该技术在4分钟内就能大幅提高性能。该技术采用纳米级氧化镨催化剂，以空气电极上的氧还原反应为目标，显著提高SOFC的输出功率。这种新方法既经济又与现有的制造工艺兼容，有望有更广泛的应用，包括用于制氢的高温电解。

韩国能源研究院（KIER）氢气聚合材料实验室的崔允锡博士与KAIST材料科学与工程系的郑佑哲教授、釜山大学材料科学与工程系的朴炳庆教授共同开发了一种催化剂涂层技术，该技术可以在4分钟内大幅提高固体氧化物燃料电池（SOFCs）的性能。

燃料电池作为推动氢经济的高效、清洁能源，正受到人们的关注。其中，发电效率最高的固体氧化物燃料电池（SOFC）可以使用氢气、沼气、天然气等多种燃料。它们还允许利用过程中产生的热量进行热电联产，这使它们成为积极研究和开发的主题。

SOFC性能的挑战

固体氧化物燃料电池（SOFCs）的性能在很大程度上取决于空气电极（阴极）的氧还原反应（ORR）动力学。空气电极的反应速度比燃料电极（阳极）慢，因此限制了总反应速度。为了克服这种缓慢的动力学，研究人员正在开发具有高ORR活性的新型空气电极材料。然而，这些新材料通常仍然缺乏化学稳定性，需要继续研究。

相反，研究团队专注于提高LSM-YSZ复合电极的性能，这种材料因其优异的稳定性而广泛应用于工业。因此，他们开发了一种涂层工艺，将纳米级氧化镨（PrOx）催化剂涂在复合电极表面，积极促进氧还原反应。通过应用这种涂层工艺，他们显著提高了固体氧化物燃料电池的性能。

简化电化学沉积法

研究小组介绍了一种在室温和常压下操作的电化学沉积方法，不需要复杂的设备或过程。通过将复合电极浸入含有镨（Pr）离子的溶液中并施加电流，电极表面产生的氢氧化物离子（OH-）与镨离子反应，形成均匀覆盖电极的沉淀。该涂层经过干燥过程，转化为保持稳定的氧化物，并在高温环境下有效促进电极的氧还原反应。整个涂装过程仅需4分钟。

此外，研究小组还阐明了涂层纳米催化剂促进表面氧交换和离子传导的机理。为催化剂包覆法解决复合电极反应速率低的问题提供了基础证据。

通过将开发的催化剂涂层复合电极和传统复合电极操作超过400小时，研究小组观察到极化电阻降低了10倍。此外，在650摄氏度下，使用这种涂层电极的SOFC的峰值功率密度（142 mW/cm²→418 mW/cm²）比未涂层的SOFC高三倍。这代表了文献中使用LSM-YSZ复合电极的SOFC的最高性能。

共同通讯作者Yoonseok Choi博士说：“我们开发的电化学沉积技术是一种后处理技术，不会对SOFC的现有制造工艺产生重大影响。这使得引入氧化物纳米催化剂在经济上可行，增强了其工业适用性。”他还表示：“不仅是SOFC，还可以应用于高温电解（SOEC）制氢等各种能量转换装置的核心技术也已经掌握。”

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