麻省理工学院：通过改变pH值 明显延长固体氧化物燃料电池的寿命

盖世汽车讯 据外媒报道，麻省理工学院（MIT）的研究人员发现，通过改变系统的pH值，可以延长一系列技术设备的寿命，包括燃料电池在内。

（图片来源：麻省理工学院）

采用固体金属氧化物电解质的燃料电池/电解池（fuel/electrolysis cell）具有诸多优势。例如，在电解模式下，可以将可再生能源电力有效转化为可储存燃料，如氢或甲烷等；在燃料电池模式下，当阴天或不刮风时，可以使用这些燃料来发电；而且，制造设备时可以不使用铂等昂贵金属。然而，这些设备的商业化受到阻碍，部分原因在于其会逐渐退化。从燃料电池/电解池的连接处渗出的金属原子，会慢慢侵蚀设备。

麻省理工学院材料科学与工程系（DMSE）陶瓷与电子材料R.P. Simmons教授Harry L. Tuller表示：“研究人员已经证明，不仅可以逆转这种退化，而且可以通过控制空气电极界面的酸度，将设备性能提高到初始值以上。”

燃料电池/电解池主要分为三部分：正负极（或阴阳极）两个电极被电解质隔开。在电解模式下，来自风能的电力可以用来产生甲烷或氢气等可储存燃料。另一方面，在反向的燃料电池反应中，所储存的燃料可以在不刮风的时候用来发电。

燃料电池/电解池由许多堆叠在一起的单个电芯组成，这些电芯由包括铬元素在内的钢金属连接件连接起来，以防止金属氧化。但是，在电池的高运行温度下，一些铬会蒸发并迁移到正极（或阴极）和电解质之间的界面上，从而破坏氧气掺入反应。达到某一点后，电池的效率就会降至临界点，无法再工作。Harry Tuller表示：“如果能够减缓或逆转这个过程，延长燃料电池/电解池的寿命，就大有希望实现应用。”

该团队表明，通过控制正极（或阴极）表面的酸度，可以做到这两点。为了实现这一结果，该团队在燃料电池/电解池的正极（或阴极）上涂上锂氧化物。这种化合物可以将表面的相对酸性改变为碱性。结果显示，加入少量锂后，被侵蚀的电芯能够恢复初始性能。当加入更多的锂时，电芯性能明显改善，远超过初始值。Harry Tuller表示：“关键的氧还原反应速率提高了三到四个数量级，这要归因于电极表面填充了驱动氧结合反应所需的电子。”

研究人员利用领先的透射电子显微镜和电子能量损失谱，从纳米尺度观察材料，以了解其中发生的过程。结果发现，锂氧化物能够有效地溶解铬，从而形成一种玻璃材料，不再影响正极（或阴极）性能。

很多技术（比如固体氧化物燃料电池）都基于氧化物固体在其晶体结构中快速吸入和呼出氧气的能力。麻省理工学院的研究基本上展示了如何通过改变表面酸度来恢复和加速这种能力。研究人员认为，这些研究结果可以应用于其他技术，包括传感器、催化剂和氧渗透反应器。对于被不同元素（如二氧化硅）侵蚀的系统，该团队还在探索酸度所能产生的相关影响。