在“ 自然能源 ”雜志的一項(xiàng)新研究中，研究人員詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾卧谛掳l(fā)明的燃料催化劑的幫助下重新構(gòu)想整個(gè)燃料電池。

該催化劑通過使用價(jià)格便宜、易得的甲烷制造氫燃料電池，同時(shí)通過改進(jìn)電池，冷卻了甲烷燃料電池中常見的沸騰操作溫度。

甲烷燃料電池通常需要750－1000攝氏度的溫度才能運(yùn)行，新型電池卻只需要大約500攝氏度的溫度，甚至比汽車內(nèi)燃機(jī)的溫度更低（汽車內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行溫度約600攝氏度）。

較低的溫度將有效節(jié)省運(yùn)行燃料電池所需輔助技術(shù)的成本，從而提升新電池推向商業(yè)話的可行性。

佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、研究負(fù)責(zé)人Meilin Liu稱：“我們的電池可以制造一個(gè)簡單、強(qiáng)大的整體系統(tǒng)，使用廉價(jià)的不銹鋼制造互連器。” 互連器是有助于將許多燃料電池集成到堆疊或功能單元中的部件。

“高于750攝氏度時(shí)，沒有金屬可以承受溫度而不會氧化，所以在獲取材料方面會遇到很多麻煩，而且它們非常昂貴和脆弱，并可能被污染。”劉說。

“將溫度降低到500攝氏度在全球來看都是非常驚人的舉動，很少有人甚至嘗試過�！盉en deGlee表示，他是Meilin Liu實(shí)驗(yàn)室的研究生助理，也是該研究的第一批作者之一�！爱�(dāng)你達(dá)到這個(gè)低水平時(shí)，它使得工程師設(shè)計(jì)堆棧和連接技術(shù)的工作變得更加容易�！�

新電池還消除了對稱為蒸汽重整器的主要輔助裝置的需求，該裝置通常需要將甲烷和水轉(zhuǎn)化為氫燃料。

新電池進(jìn)入市場，預(yù)計(jì)暫時(shí)不會為汽車供電，它可能會更快地降落在地下室，作為更分散，更清潔，更便宜的電網(wǎng)組成部分。燃料電池堆本身大約相當(dāng)于鞋盒的大小，配合輔助技術(shù)可以使其運(yùn)行。

Meilin Liu認(rèn)為：“預(yù)計(jì)未來，該裝置可以像無水熱水器一樣被安裝，通過消耗耗天然氣為房屋供電，它將使家庭和企業(yè)更加獨(dú)立，并為社會和工業(yè)節(jié)省新發(fā)電廠和大型電網(wǎng)擴(kuò)建的巨大成本。這種系統(tǒng)將被稱為分布式發(fā)電，我們的贊助商希望開發(fā)這種系統(tǒng)�！�

實(shí)際上，氫氣是為燃料電池供電的最佳燃料，但成本過高的弊端限制了其商業(yè)化進(jìn)程。研究人員想出了如何通過鈰，鎳和釕制成的新催化劑將燃料電池中的甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣，化學(xué)式為Ce0．9Ni0．05Ru0．05O2，縮寫為CNR。

當(dāng)甲烷和水分子與催化劑和熱量接觸時(shí)，鎳會化學(xué)裂解甲烷分子，釕與水同樣如此。由此產(chǎn)生的部件回歸到一起，因?yàn)榉浅＠硐氲臍洌℉₂）和一氧化碳（CO），研究人員出人意料地使用了它們。

“CO在大多數(shù)燃料電池中引起性能問題，但在這里，我們將其用作燃料�！盡eilin Liu表示。

H₂和CO繼續(xù)進(jìn)一步形成構(gòu)成陽極的催化劑層，燃料電池的一部分從電子中拉出，使得一氧化碳和氫氣帶正電離子。電子通過導(dǎo)線傳播－產(chǎn)生電流－朝向陰極。

在那里，非常需要電子的氧氣吸收電子，關(guān)閉電路并變成O2離子。當(dāng)水凝結(jié)時(shí)，離子化的氫和氧會合并離開系統(tǒng)，一氧化碳和氧離子相遇變成純二氧化碳，可被捕獲。

對于產(chǎn)生的能量，燃料電池技術(shù)產(chǎn)生的二氧化碳遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于內(nèi)燃機(jī)。

在一些燃料電池中，初始反應(yīng)中的水必須從外部引入。在這個(gè)新的燃料電池中，它在最后的反應(yīng)階段得到補(bǔ)充，形成的水循環(huán)回來與甲烷反應(yīng)。

研究堪薩斯大學(xué)合作者的新催化劑CNR是電池陽極側(cè)的外層，兼作防腐劑的保護(hù)劑，可延長電池的壽命。CNR在內(nèi)層和陰極的另一側(cè)（陰極）具有強(qiáng)的隊(duì)列催化劑。

在陰極端，氧氣的反應(yīng)和通過系統(tǒng)的運(yùn)動通常都是非常緩慢的，但Meilin Liu的實(shí)驗(yàn)室最近加快了使用所謂的納米纖維陰極來提高電力輸出，即該實(shí)驗(yàn)室在之前的研究中開發(fā)出的定制雙鈣鈦礦納米纖維催化劑，可以實(shí)現(xiàn)超快的氧氣釋放。

“這些不同催化劑的結(jié)構(gòu)，以及納米纖維陰極，都使我們降低了工作溫度�！毖芯咳藛T表示。

目前，美國能源部的基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室和高級能源研究計(jì)劃局（ARPA－E），以及美國國家科學(xué)基金會化學(xué)系均為該項(xiàng)目提供了資金支持。