Nature：电极电催化活性的极大提升砸开了固体氧化物电池应用枷锁

【引言】

固体氧化物电池可以以两种形式高效运行：燃料电池模式，氧化燃料产生电能；电解池模式，电解水产生氢气和氧气。通常固体氧化物电池都是三层结构：多孔电极夹着致密电解质层，电极的电催化活性是制约固体氧化物电池性能的一大问题，近期原位脱溶复合纳米催化剂应用于燃料电池中取得了较好的效果，例如北京科技大学赵海雷教授课题组就将其应用于固体氧化物燃料电池中（详见材料牛前期导读文章）。2016年8月22日，顶级学术期刊Nature在线发表了圣安德鲁斯大学Jae-ha Myung、Dragos Neagu和John T. S. Irvine（共同通讯作者）等的一项关于原位脱溶复合纳米催化剂的研究成果，它的亮点在于：电化学还原获取原位脱溶复合纳米催化剂。

【成果简介】

常规获取原位脱溶复合纳米催化剂的方法是化学还原（如H₂）前驱体，通常需要10-30小时；圣安德鲁斯大学Jae-ha Myung等采用电化学还原的方法仅仅用了150秒就制备了原位脱溶复合纳米催化剂，并且该催化剂的脱溶深度更深，电催化活性更好， 将其应用于固体氧化物电池中燃料电池模式下比常规方法制备的催化剂性能提升了7倍（1.3W/cm² vs 0.2W/cm²）。

【图文导读】

图1：电化学还原

a, 氧化还原脱溶示意图：催化活性金属在氧化环境下嵌入晶格中，在还原环境下脱溶到表面形成金属颗粒。

b,c, 两种还原脱溶方式：b,化学还原脱溶，c,电化学还原脱溶，施加2V电压。

d, 两种还原方式的热重分析，蓝色为化学还原脱溶，橙色为电化学还原脱溶。

e, 900℃氢气还原20小时的SEM图。

f, 900℃电化学还原（50%H₂O/N₂）150秒的SEM图。

g, f副本样品在750℃ 3%H₂O/H₂ 0.7V条件下运行100小时后的SEM图。h, e-g样品的各种性能数据。

图2：由电化学还原法制备的固体氧化物电池的性能

不同温度下的V-I曲线：

a,电解池模式下50%H₂O/N₂。

b,燃料电池模式下3%H₂O/H₂。

c,可逆电池模式下50%H₂O/H₂。

图3：长期稳定性测试

700℃运行的电池的串联电阻，极化电阻，功率密度以及工作电压。

【展望】

这项研究不仅为高性能稳定的纳米结构以及固体氧化物电池提供了一条新的路线，而且也大大简化了它们的制备复杂度。研究小组期望将这种方法应用于其他更多的领域。

文献链接：Switching on electrocatalytic activity in solid oxide cells（Nature，2016， doi:10.1038/nature19090）

本文由材料人编辑部新能源学术组 浮世梦 供稿，点我加入材料人编辑部。

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