肖特基结型无电解质隔膜高效燃料电池

aenm燃料电池是继火电、水电和核电之后的第四种可大规模生产的绿色电力技术,采用氢气和空气为燃料,产物是水,是真正的绿色能源。然而,以电解质材料为核心的传统氧化物燃料电池(SOFC)由于各部件间的兼容和匹配的复杂技术引起的科学问题和高造价严重阻碍了其市场化进程。湖北大学物电学院教授、湖北省百人计划特聘专家朱斌教授课题组针对这一问题,进行了长期深入而细致的研究,在纳米复合材料肖特基结型无电解质隔膜燃料电池的研究取得重要进展。相关结果发表在Advanced Energy Materials上

该工作首次报道了利用肖特基结构造的无电解质隔膜燃料电池,打破了传统SOFC需要阳极、阴极和电解质多种材料精确匹配的限制,大大降低了制造成本,是朱斌教授领导的湖大团队和瑞典皇家工学院团队的紧密联合研究以及欧盟-中国网络研究www.nanocofc.com 的突破成果。其核心单部件是由掺杂氧化铈与金属半导体氧化物构成的新型半导体离子功能材料,在燃料氢气或天然气作用下,在电池的一面还原得到富肖特基金属的表面而与半导体形成肖特基结,构成无电解质隔膜燃料电池实现发电。该设计巧妙地利用了肖特基结的半导体能带结构和肖特基势垒,克服了燃料电池无电解质而不短路的难题。电池低温工作性能好,在550 ºC下输出功率密度高达1000毫瓦/平方厘米,比用传统方法构造的燃料电池高2倍多。与现有的氧化物燃料电池相比,该电池具有以下突出优点:结构简单(为单一部件,而传统燃料电池为阳极-电解质-阴极三部件组成的复杂电化学装置),容易实现;克服了传统SOFC各部件材料匹配技术复杂及热脆裂难题;电池重复性良好,制造工艺大大简化,成本低廉,为进一步发展具有市场竞争性的SOFC产品开辟了一条新的途径。同时,这一研究使低温、高性能SOFC技术得以实现,有望在交通电源、移动电源、动力电源(电动汽车)等领域获得广泛应用。该研究开拓了一个崭新的前沿领域,即半导体离子材料和半导体离子学,以及新一代半导体物理和离子电化学结合的高效清洁能源技术。