不服不行！钙钛矿在氢燃料电池中也是“狠角色”

材料牛注：由于氢燃料电池对电解质性能要求的特殊性，其电解质材料的选择及制备是一直让研究人员感到棘手的问题。而美国的科研人员利用钙钛矿制备的固态电解质恰能满足其性能需求。

钙钛矿太阳能电池由于转换效率赶超硅基太阳能电池而在近期成为光伏发电领域的“香饽饽”。日前，普渡大学的研究人员使用钙钛矿制成一种新型燃料电池电解质，其发展前景同样值得期待。

燃料电池中氧或氧化物与燃料发生反应，可以夺取燃料中的电子，从而将燃料中储存的化学能（如氢能）转换为电能。而处于燃料和氧化剂之间的电解质——通常为聚合物或陶瓷——用于传导离子。

通常，燃料电池比热机（如内燃机）更加高效和环保。然而，电解质作为燃料电池中的关键材料，其性能受限于它对燃料与氧化剂反应界面电子传导的拦截能力不足。界面电子传导不仅使燃料电池的能量输出减少，而且会导致电解质突然失效。燃料电池电解质材料通常依据材料本身传导特性而进行选择，仅允许离子传导的电解质材料被认为性能最佳。

目前，钙钛矿晶体价格便宜并且易于在实验室制备，研究人员在实验室使用钙钛矿制成一种钙钛矿钐镍电解质用于抑制电子传导。虽然钙钛矿材料对离子和电子的传导率均较好，但钙钛矿中的电子对周围的物质（如电子）存在复杂的作用效果，可以使材料本身性能发生改变。研究人员发现，当钙钛矿与氢燃料接触时，氢中失去的电子与钙钛矿中的电子相互间产生量子力学作用，使钙钛矿的电子传导率由原始状态降低了一亿倍！

而测试结果显示，新型燃料电池在500℃时达到的最大能量输出为225毫瓦/平方厘米，其性能不亚于相同温度下性能最优的质子交换膜燃料电池。

此项研究的主要参与者，普渡大学材料科学家Shriram Ramanathan表示，“我们证实了一种制备适用于电化学能源装置的固态电解质的全新方法，这为燃料电池和蓄电池的研究开启了新的领域。”

Ramanathan认为下一步的研究方向是开发与此新型电解质相匹配的且价格便宜的电极。而随着燃料电池系统的“改装升级”，新型燃料电池有望应用于汽车和便携设备的发电装置中。

原文参考地址：Perovskites Key to New Type of Hydrogen Fuel Cell

论文地址：Strongly correlated perovskite fuel cells

感谢材料人编辑部韩振提供素材