美国研发新型电极材料 让电化学电池高效互相转化电与氢

虽然风能和太阳能等能源能够在发电的时候，实现无排放，但是却依赖风和太阳，而此种供应并非总能满足需求。同样地，核电站以最大容量运行时效率更高，因此无法根据需求增加或减少发电量。几十年来，能源研究人员都在试图解决一个重大挑战，即如何存储多余的电力，以便在需要的时候再释放回电网？

（图片来源：爱达荷国家实验室）

据外媒报道，最近，美国爱达荷国家实验室（Idaho National Laboratory）的研究人员研发了一款用于电化学电池的新型电极材料，解决了上述难题。此种电池能够高效地将多余的电力和水转化为氢，当电力需求增加时，该电化学电池能够反过来将氢转换成电，用于电网。而产生的氢还可作为燃料，用于取暖、车辆或其他用途。

研究人员早就认识到氢作为储能介质的潜力，于是改进了一种名为质子陶瓷电化学电池（PCEC）的电池，此种电池可以利用电力，将蒸汽分解成氢和氧。

不过，在过去，此类设备具有局限性，特别是在高达800摄氏度的高温下工作时。高温就要求昂贵的材料，还会加速材料降解，从而让电化学电池的成本极高。

在此次研究中，研究人员描述了一种新型氧电极材料，是一种能够同时促进水分解和氧还原反应的导体。与大多数电化学电池不同，此种新材料是一种钙钛矿化合物氧化物，无需额外的氢，就能够让电池将氢和氧转化为电力。

在此之前，研究人员曾为该电极研发了一种3D网格状结构，从而让其表面积更大，以将水分解成氢和氧。3D网格状电极和新型电极材料结合，能够让该款电池在400至600摄氏度高温下自给自足，且可进行可逆性操作。

研究人员表示：“我们证明了该PCEC能够在此种低温下进行可逆操作，可以在无需任何外部氢供应的情况下，将水分解生成氢，再转化为电力，实现自给自足。”

过去，氧电极只传导电子和氧离子，而新型钙钛矿能够进行“三重传导”，即可传导电子、氧离子和质子。在实际应用中，能够进行三重传导的电极会更快发生反应、更高效，因而可以在保持良好性能的同时，降低操作温度。

未来，研究人员希望继续将创新材料与前沿制造工艺相结合，继续改进该款电化学电池，以让该技术可以应用于工业规模。