美國研發新型電極材料 讓電化學電池高效互相轉化電與氫

雖然風能和太陽能等能源能夠在發電的時候，實現無排放，但是卻依賴風和太陽，而此種供應并非總能滿足需求。同樣地，核電站以最大容量運行時效率更高，因此無法根據需求增加或減少發電量。幾十年來，能源研究人員都在試圖解決一個重大挑戰，即如何存儲多余的電力，以便在需要的時候再釋放回電網。

據外媒報道，最近，美國愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory）的研究人員研發了一款用于電化學電池的新型電極材料，解決了上述難題。此種電池能夠高效地將多余的電力和水轉化為氫，當電力需求增加時，該電化學電池能夠反過來將氫轉換成電，用于電網。而產生的氫還可作為燃料，用于取暖、車輛或其他用途。

研究人員早就認識到氫作為儲能介質的潛力，于是改進了一種名為質子陶瓷電化學電池（PCEC）的電池，此種電池可以利用電力，將蒸汽分解成氫和氧。

不過，在過去，此類設備具有局限性，特別是在高達800攝氏度的高溫下工作時。高溫就要求昂貴的材料，還會加速材料降解，從而讓電化學電池的成本極高。

在此次研究中，研究人員描述了一種新型氧電極材料，是一種能夠同時促進水分解和氧還原反應的導體。與大多數電化學電池不同，此種新材料是一種鈣鈦礦化合物氧化物，無需額外的氫，就能夠讓電池將氫和氧轉化為電力。

在此之前，研究人員曾為該電極研發了一種3D網格狀結構，從而讓其表面積更大，以將水分解成氫和氧。3D網格狀電極和新型電極材料結合，能夠讓該款電池在400至600攝氏度高溫下自給自足，且可進行可逆性操作。

研究人員表示：“我們證明了該PCEC能夠在此種低溫下進行可逆操作，可以在無需任何外部氫供應的情況下，將水分解生成氫，再轉化為電力，實現自給自足。”

過去，氧電極只傳導電子和氧離子，而新型鈣鈦礦能夠進行“三重傳導”，即可傳導電子、氧離子和質子。在實際應用中，能夠進行三重傳導的電極會更快發生反應、更高效，因而可以在保持良好性能的同時，降低操作溫度。

未來，研究人員希望繼續將創新材料與前沿制造工藝相結合，繼續改進該款電化學電池，以讓該技術可以應用于工業規模。