绿色制氢技术对于最终实现氢经济是绝对必要的,因为与灰氢不同,绿氢在生产过程中不会产生大量的二氧化碳。利用可再生能源从水中提取氢气的固体氧化物电解电池(SOEC)绿色制氢技术因不会产生污染物而备受关注。在这些技术中,高温固体氧化物电解电池具有效率高、生产速度快的优点。
质子陶瓷电池是一种高温SOEC技术,利用质子陶瓷电解质在材料内转移氢离子。这些电池还使用一种技术,可以将工作温度从700℃或更高降低到500℃或更低,从而减小系统尺寸和价格,并通过延迟老化来提高长期运行的可靠性。然而,由于在电池制造过程中,负责在相对较低的温度下烧结质子陶瓷电解质的关键机制尚未明确,因此很难进入商业化阶段。
韩国科学技术研究院能源材料研究中心的研究小组宣布,他们发现了这种电解质烧结机制,增加了商业化的可能性:这是一种以前没有发现的新一代高效陶瓷电池。
研究团队基于电解电极烧结过程中电极上产生的瞬态相影响电解质的致密化,设计并进行了各种模型实验。他们首次发现,从瞬态相向电解质中提供少量气态烧结辅助材料可以促进电解质的烧结。气态烧结助剂极为罕见,技术上难以观测。因此,质子陶瓷电池中电解质致密化是由汽化烧结助剂引起的假说从未被提出。研究小组利用计算科学验证了气态烧结助剂,并证实该反应不会损害电解质的独特电性能。因此,质子陶瓷电池核心制造工艺的设计有望成为可能。
研究人员说:“通过这项研究,我们离开发质子陶瓷电池的核心制造工艺又近了一步。我们计划在未来对大面积、高效率质子陶瓷电池的制造工艺进行研究。”