“燃料电池为新风提供了呼吸”

固体氧化物燃料电池是传承至今的发电站很有前景的替代品，与现有的燃基发电机相比，采用电化学的方法可以更有效地发电。 但是，燃料电池降速太快，通过提高价格会消耗任何效率。

目前，威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们已经发表了关于燃料电池动力学化学反应的新见解，这有助于领导寿命更长的绿色能源设备。

燃料电池是具有潜在破坏力的令人兴奋的技术，负责这项研究的威斯康辛大学麦迪逊分校的材料科学和工程教授dane morgan说。 但是，退化问题一直是使用市场的首要障碍。

他和他的合作者最近在《国家通讯》杂志上阐述了他们的发现。

燃料电池老化的原因之一是，为了驱动产生电力的化学反应，需要在非常高的温度下运行这些装置。 超过1500华氏度。

燃料电池将氧气和外部燃料源结合在一起，这类似于火灾产生的热和光引起的转换。 但是，燃料电池处于未燃烧的状况。 这就是燃料电池能够以高于燃烧效率的效率产生能量的原因。

相反，燃料电池在某种程度上像电池一样工作，被两个电极隔开，电极是输送离子的材料。 一个电极可以将空气体中的氧分离成单一的原子，将其输送并与燃料结合。 重要的是分裂氧气，通过电路释放出可以作为电流转移到家庭和设备的电子。 这个氧的分解发生在被称为阴极的组件里。

但是氧气相当稳定。 因为我不想分裂。 使用相容材料在较低的温度下有效驱动反应是很困难的，其部分原因是阴极发生的化学反应的原子水平的详细情况确实尚不清楚。

以前，研究者真的不知道限制氧气的步骤是什么，氧气是如何进入表面，分裂进入材料的。 该研究所的首席学生颐蓬曹说。

氧气要进入阴极，必须把气体分子分成两个原子。 而且各原子必须遇到被称为空位的结构，这是允许氧进入材料表面的小分子间隙。 很难理解这个过程。 因为它发生在阴极的上部原子层，其化学性质可能与材料的大部分完全不同。

在前两层测量成分和空位的化学非常困难，摩根说。

这就是他和同事转向计算机模拟的原因。 作为分子建模行业的领先专家，将密度泛函理论与动力学建模相结合，内在地发现了原子级对阴极上部两层发生的反应。

这个小组明确了分裂不是研究材料限速的步骤。 他们明白了限制燃料电池效率的方法是氧原子在表面找到空位。

因此，通过空位的材料增加，燃料电池有可能变得更有效。

这可能会使材料设计变得非常困难。 摩根说。

研究人员聚焦于多种普通燃料电池阴极使用的模型化合物的特殊材料，称为镧钴酸锶。 他们计划尽快扩大拆除以包括其他材料。

这些发现也可能影响燃料电池。 在环境和氧气交换的材料中有几个应用，如水的分解、co2的还原、气体的分离、被称为存储拦截器的电子部件等。

我想我们对如何控制氧气交换过程有更好的把握，摩根说。 这是早期的，但也许是对广泛应用的控制氧气交换的设计战略敞开了大门。

这项研究得到了美国能源部( desc0001284 )和国家科学基金会) oci-1053575 )的资助。

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