利用氧化鋇納米粒子，佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種自清潔技術(shù)，可以使固體氧化物燃料電池在750℃的溫度下直接使用煤氣作為燃料。這種技術(shù)可以為傳統(tǒng)電廠提供一種更清潔有效的替代方式。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Communications上。
傳統(tǒng)燃煤電廠只能利用燃料本身能量的1/3，燃料電池可以利用約50%。如果燃?xì)廨啓C和燃料電池能夠組成混合系統(tǒng)，研究人員相信可以將能量利用率提高到80%，減少提供同等能量所需的燃煤量從而減少二氧化碳排放。但迄今為止，含碳燃料，例如煤氣或丙烷會通過焦化過程產(chǎn)生的碳沉積物阻塞電極，很快使燃料電池的陽極失活，特別是在低溫情況下。
為了解決這個問題，佐治亞理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊使用氣相沉積工藝將氧化鋇納米粒子附于燃料電池陽極。這些粒子直徑在10~100納米之間，在鎳表面形成“島”的同時不會阻斷電子通過電極表面。當(dāng)煤氣中的水蒸氣與氧化鋇接觸時，它會被吸收并分解成H+和OH-離子。OH-離子向鎳表面移動，并在那里與沉積的碳原子結(jié)合成為中間物，隨后分解成CO和H2，這兩種氣體為燃料電池提供能量后形成CO2和水。有一半的CO2再回流將煤氣化成煤氣。利用這種方法可以保持鎳電極表面的清潔。
研究人員還評估了利用新的電極系統(tǒng)用丙烷作為燃料電池的燃料。與煤氣系統(tǒng)一樣，丙烷系統(tǒng)成功運行了一段時間。
目前研究人員已經(jīng)對新工藝進行了上百小時的測試，還沒有發(fā)現(xiàn)碳沉積的現(xiàn)象。氧化鋇結(jié)構(gòu)的形成可作為傳統(tǒng)電極裝配工藝的一部分，并不需要額外步驟。當(dāng)前研究的一大挑戰(zhàn)是測試系統(tǒng)的耐久度以適應(yīng)設(shè)計年限為5年的燃料電池系統(tǒng)。
