自清洁电极令燃料电池可使用煤气

　　利用氧化钡纳米粒子，佐治亚理工学院的研究人员开发出一种自清洁技术，可以使固体氧化物燃料电池在750℃的温度下直接使用煤气作为燃料。这种技术可以为传统电厂提供一种更清洁有效的替代方式。相关研究成果发表于NatureCommunications上。
　　传统燃煤电厂只能利用燃料本身能量的1/3，燃料电池可以利用约50%。如果燃气轮机和燃料电池能够组成混合系统，研究人员相信可以将能量利用率提高到80%，减少提供同等能量所需的燃煤量从而减少二氧化碳排放。但迄今为止，含碳燃料，例如煤气或丙烷会通过焦化过程产生的碳沉积物阻塞电极，很快使燃料电池的阳极失活，特别是在低温情况下。
　　为了解决这个问题，佐治亚理工学院领导的研究团队使用气相沉积工艺将氧化钡纳米粒子附于燃料电池阳极。这些粒子直径在10~100纳米之间，在镍表面形成“岛”的同时不会阻断电子通过电极表面。当煤气中的水蒸气与氧化钡接触时，它会被吸收并分解成H+和OH-离子。OH-离子向镍表面移动，并在那里与沉积的碳原子结合成为中间物，随后分解成CO和H2，这两种气体为燃料电池提供能量后形成CO2和水。有一半的CO2再回流将煤气化成煤气。利用这种方法可以保持镍电极表面的清洁。
　　研究人员还评估了利用新的电极系统用丙烷作为燃料电池的燃料。与煤气系统一样，丙烷系统成功运行了一段时间。
　　目前研究人员已经对新工艺进行了上百小时的测试，还没有发现碳沉积的现象。氧化钡结构的形成可作为传统电极装配工艺的一部分，并不需要额外步骤。当前研究的一大挑战是测试系统的耐久度以适应设计年限为5年的燃料电池系统。