Nature:“电化学开关”,开启固体氧化物电池的一把钥匙

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固体氧化物电池（Solid oxide cells，SOCs）的高效能应用可以分为两种形式，一种是SOFC，即固体氧化物燃料电池，通过氧化燃料产生电能；另一种是SOEC，即固体氧化物电解池，通过电解水产生氧气和氢气。从原理上讲，SOEC可以看作是目前研究较多的SOFC的逆过程。两种应用具有能量转换率高、燃料可选范围广等优点，被认为是一种很有发展前途的可逆电池。SOC的核心技术就是多孔电极和电解质的制备，对于电极，能制备出具有耐久性、催化活性高、并且合成方法简单价格低廉的材料，一直是研究者们追求的目标。

近日，英国圣安德鲁斯大学的Jae-ha Myung、Dragos Neagu、David N. Miller、John T. S. Irvine在Nature上发表文章，通过电化学极化溶出的方法制备的催化剂，大大缩短了之前报道的氧化还原溶出的方法所需的时间。同时催化剂性能更加优异，通过调节电压可以实现可逆过程，作者称之为“电化学开关”。（Switching on electrocatalytic activity in solid oxide cells. Nature, 2016, 537, 528-531, DOI: 10.1038/nature19090）

先简单介绍一下催化剂的溶出的机理。作者采用La_0.43Ca_0.37Ni_0.06Ti_0.94O_3-γ(~10μm) | Zr_0.89Sc_0.1Ce_0.01O_2-γ(~80-140μm) |  Zr_0.89Sc_0.1Ce_0.01O_2-γ–(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO_3-γ(~ 20μm) 作为电池体系，在还原条件下（比如H₂），氧离子会被氢气夺走，

图片来源：Nature

之前报道的氧化还原溶出法制备的复合纳米催化剂需要10-30小时，而通过电化学极化溶出的方法，研究者仅仅需要150秒。比较两种方法得到催化剂，后者溶出的Ni颗粒更多，溶出深度也更深。

图片来源：Nature

“电化学开关”不但表示通过电化学极化溶出的方法制备的催化剂，同时还意味着在700度~900度之间，固体氧化物可以实现SOEC和SOFC的切换。研究者将其应用于SOFC模式下，催化性能（1.3 W/cm²）比之前报道的催化剂（0.2 W/cm²）提高了近7倍。

图片来源：Nature

这一方法，可以在氧化物电极上简单快速产生高催化活性的纳米结构材料，所需时间仅以秒计，而且这种电极结构在SOFC和SOEC模式下均表现良好，这为在一个高性能、易制造的器件中整合SOFC和SOEC提供了概念验证。

http://www.nature.com/nature/journal/v537/n7621/full/nature19090.html

（本文由小希供稿）

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