科学探索|科学家正研究可用于降低固体氧化物燃料电池工作温度的新材料科学家正研究可用于降低固体

维也纳技术大学的科学家们正在研究可用于降低固体氧化物燃料电池工作温度的新材料。为此，他们采用了一种创新方法。

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固体氧化物燃料电池由三个重要部分组成：阳极、阴极和电解质。当氧气被纳入阴极时，氧气再通过电解质被输送到阳极，在那里氧气与氢气反应成水。燃料电池能够将这一过程中释放的能量转化为电能。由于这个原因，燃料电池越来越多地被用于固定的能源供应和汽车工业。
为了将固体氧化物燃料电池的工作温度从目前的800℃降低到450℃至600℃ ，维也纳技术大学的科学家们正在研究适合在这种较低温度下作为阴极的替代材料。Markus Kubicek和他的团队最近在《材料化学A期刊》上发表了他们的材料分析结果。
【科学探索|科学家正研究可用于降低固体氧化物燃料电池工作温度的新材料】降低的操作温度
自20世纪80年代以来，固体氧化物燃料电池的研究得到蓬勃发展。现在，研究人员正试图开发新的燃料电池，以提供长期的高稳定性和更便宜的制造成本。要做到这一点，有必要将操作温度降低到大约450℃至600℃ 。对于固体氧化物燃料电池在较低温度下的操作，特别是阴极相当缓慢的氧气交换代表了一个瓶颈。因此，世界各地的研究人员正在寻找方法，开发新的电极材料，即使在较低的温度下也能充分快速地加入氧气。

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氧气交换途径
该校“Technical Electrochemistry” 研究部门的科学家们多年来一直在研究所谓的混合导电材料（MIECs）。这类材料的氧化物特别适合用于燃料电池阴极，因为它们可以在较高温度下同时传导氧离子和电子。这主要是通过缺陷来实现的，即故意引入材料中的理想晶格的最小偏差。
“这些材料内部最重要的缺陷是氧空位、电子和空穴。为了能够有针对性地优化这些材料，更好地了解这些缺陷对氧结合反应的作用是非常重要的， ” 。FWF 项目“氧化物原位表征”项目负责人Markus Kubicek解释道。研究人员现在已经成功地做到了这一点。
全球独一无二的测量技术
为了测量氧结合反应的动力学，研究人员使用了"原位PLD"测量技术，这在全世界是独一无二的。电极材料在真空室中用激光沉积，并在沉积后直接应用阻抗光谱法进行测量。“由于即使是最小的杂质也会对测量结果产生很大的影响，我们需要一种测量方法，使我们能够检查原始电极表面。我们在这里第一次成功地做到了这一点， ”固态离子学研究小组的Christoph Riedl解释说。他补充说：“只有通过我们在这里开发的原位方法，我们才能将理论模拟和实际测量结果完美结合起来。”
不同的材料，相同的氧气途径
研究人员用他们的测量方法研究了五种有前景的材料表面的氧气交换反应。Matth?us Siebenhofer说：“我们测量的一个亮点是，我们第一次能够观察到，在非常不同的材料上，氧交换反应似乎遵循相同的机制。这里的一个决定性因素是表面有无氧空位。”
固体离子学工作组组长Jürgen Fleig总结道：“在这项研究中，我们能够结合过去几年的各种研究成果和实验发展，从而更好地描述和理解固体氧化物燃料电池领域中最重要的反应。”