蓋世汽車訊 對于無碳氫和化學(xué)生產(chǎn)以及大規(guī)模發(fā)電和儲存而言，新的、更高效的電化學(xué)電池非常有必要，但科學(xué)家需要解決使電芯性能和成本受限的諸多挑戰(zhàn)。

據(jù)外媒報道，由愛達荷州國家實驗室（Idaho National Laboratory，INL）領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組通過使用一種簡單工藝，可在質(zhì)子陶瓷電化學(xué)電池（PCEC）內(nèi)更緊密地結(jié)合材料，從而解決了限制該技術(shù)性能的一個難點。

圖片來源：愛達荷州國家實驗室

該團隊的研究人員分別來自麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology）、新墨西哥州立大學(xué)（New Mexico State University）和內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校（University of Nebraska-Lincoln）。

正如可充電電池使用化學(xué)物質(zhì)來儲存電力供后續(xù)使用一樣，PCEC也可以將多余的電力和水轉(zhuǎn)化為氫氣。不僅如此，PCEC還可以反向運行，將氫氣轉(zhuǎn)化為電能。 該技術(shù)使用的是鈣鈦礦結(jié)晶材料，這種材料價格低廉，且工作溫度范圍較寬。

美國的研究人員正在開發(fā)主要用于制氫的電化學(xué)電池，以及其他幾種應(yīng)用。這些電池產(chǎn)生的氫氣也可用作熱能、車輛、化學(xué)生產(chǎn)或其他應(yīng)用的燃料。

理論上講，與類型相似的電化學(xué)電池相比，PCEC可在更寬的溫度范圍內(nèi)更有效地運行。但直到現(xiàn)在，研究人員還無法實現(xiàn)該技術(shù)的理論潛力。

INL工程師/科學(xué)家Dong Ding表示：“憑借高電導(dǎo)率和相關(guān)的小活化能，PCEC 應(yīng)該表現(xiàn)良好。然而，我們發(fā)現(xiàn)PCEC的當(dāng)前表現(xiàn)低于我們的預(yù)期，因此INL團隊自2017年以來就一直致力于了解這一原因?！?/p>

該團隊試圖通過測量質(zhì)子（帶正電的氫原子）流過電極/電解質(zhì)界面的程度來解決該問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)確實是界面問題。INL的材料工程研究員Wei Wu懷疑電極和電解質(zhì)的結(jié)合不夠緊密。

Ding及其同事使用簡單的酸處理將電極與電解質(zhì)結(jié)合，從而更有效地傳遞能量。 該項目的博士后研究員和主要貢獻者Wenjuan Bian表示：“簡單的酸處理可以使PCEC的表面恢復(fù)活力，幫助其實現(xiàn)最佳性能。這種方法可以很容易地擴大規(guī)模并集成到大型電池和電堆制造中?！?/p>

經(jīng)過仔細檢查，研究人員發(fā)現(xiàn)，酸處理增加了電極和電解質(zhì)之間的接觸面積，使表面粗糙，就像陶工在連接手柄之前將杯子的潮濕粘土粗糙化一樣。

增加的表面積導(dǎo)致電極和電解質(zhì)之間的結(jié)合更緊密，從而使氫原子更有效地流動。 此外，電池穩(wěn)定性顯著提高，尤其是在某些極端條件下。

Wu說，這個過程可以為許多“清潔和綠色氫”應(yīng)用打開大門。Ding表示：“高性能的PCEC使我們能夠?qū)⒐ぷ鳒囟冉档偷?50℃。降低的工作溫度為電堆等大規(guī)模組裝提供了更便宜的材料。更重要的是，該技術(shù)可在與部分重要工業(yè)過程（包括氨生產(chǎn)和二氧化碳減排）相同的溫度范圍內(nèi)運行，從而加快該技術(shù)在現(xiàn)有行業(yè)的應(yīng)用?！?/p>

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