喬治亞理工與中國、沙特合作研發燃料電池多相催化劑

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蓋世汽車訊 據外媒報道，喬治亞理工學院的研究人員與中國、沙烏地阿拉伯的同行們共同研發了一款多相催化劑（multi-phase catalyst），該產品符合理性設計（rationally designed）的要求，可大幅提升最新款固體氧化物燃料電池陰極（solid oxide fuel cell cathode）的氧還原動力學（kinetics of oxygen reduction）。

圖片選自greencarcongress.com

該款催化劑適用於其他儲能及能量轉換系統，包括：金屬空氣電池、超級電容、電解器（electrolyzers）、染色敏化的太陽能電池（dye-sensitized solar cells）及光觸媒（photocatalysis）。

該款催化劑可被用作為塗層，厚度僅為24納米，內含兩款互聯納米技術方案。

首先，其納米顆粒物極易吸引氧原子，從而捕獲氧分子，使流入電子（inflowing electrons）能快速與之發生反應，從而減少楊分子，並將其分拆分為兩個單獨的氧離子（均為O2-）。然後，所謂的氧空位（oxygen vacancies）將形成於納米顆粒物結構內，並吸附陽離子，使後者進入催化劑的第二相（second phase）。

第二相是一款塗層，其富含氧空位，可使陽離子能快速穿過該塗層並抵達其最終位置。

氧離子能快速穿過並進入燃料電池後，離子化氫（ionized hydrogen）或另一款給電子體（electron donor）（如甲烷或天然氣）將與陽離子發生反應，然後生成水，最後從燃料電池內流出。若氧離子與甲烷發生反應，則會排出純二氧化碳，該氣體可被捕獲並經循環再利用，重新回到燃料電池內。

在第一階段，有兩種不同類型的納米顆粒物在活動（at work）。兩種納米顆粒物均含有鈷（cobalt），這兩類顆粒物還分別含有鋇（barium）及鐠（praseodymium）元素。

若欲使當前的燃料電池在高工況溫度（High operating temperatures）下使用，該燃料電池就需內含價格高昂的防護塗層及冷卻材料。然而，研究人員認為，該款催化劑或有助於降低電池的工況溫度，主要得益於該催化劑能降低當前燃料電池化學物質的固有電阻（electrical resistance inherent），或許能藉此降低其材料的總成本。

該催化劑在第二階段呈現晶格狀（lattice），其內含鋇、鐠、鈣及鈷（PBCC）元素。除催化功能外，PBCC塗層還能防止電池的陰極出現降解，從而縮短電池或類似設備的使用壽命。

最為關鍵的陰極材料包含鑭（lanthanum）、鍶（strontium）、鈷、鐵（鑭鍶鈷鐵，LSCF）等金屬，上述材質已成為業內標配材料。

LSCF的製造體系已相當完善，若為該類產品添加新款催化劑，或許能實現上述功能。研究人員還考慮採用全新的催化劑材料，目前正致力於研發另一款催化劑，旨在推動燃料電池陽極的氧化反應。

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