前瞻技術脈動：能源技術（202418）
科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年12月4日
圖、前瞻技術脈動：能源技術（202418）
科學家發現用於下一代燃料電池的新質子導體
質子陶瓷燃料電池(PCFC)是一種使用傳導質子(H⁺)而非氧化物陰離子(O²⁻)的特殊陶瓷燃料電池。然而，目前已知的質子傳導材料僅有少數具備合理的性能，這大大限制了該技術的發展。因此，尋找更高效的質子導體成為推動PCFC技術進步的關鍵方向。
與大多數其他燃料電池相比，PCFC的工作溫度低得多，因此能以更低的成本確保穩定的能源供應，但目前已知的只有少數具有合理性能的質子傳導材料。而東京工業大學研究團隊報告了Ba2LuAlO5卓越的特性，作為有前途的質子導體，為質子陶瓷燃料電池描繪了光明的未來。實驗表明，即使沒有任何額外的化學修飾，這種新型材料也有非常高的質子電導率。Ba2LuAlO5是一種新型六方鈣鈦礦相關氧化物，實驗表明該材料在低溫下具有較高的質子電導率，其電導率在487°C時為10−2Scm−1，在232°C時為1.5×10−3Scm−1——即使沒有額外的化學精煉，例如摻雜。
Ba2LuAlO5的兩個重要特性。首先，與其他類似材料相比，這種氧化物吸收大量的水(H2O)，形成Ba2LuAlO5．xH2O（其中x = 0.50）。這種大量的吸水發生在兩個相對的 AlO4層內四面體的形成是由於六方密堆積h'BaO層中存在大量本徵氧空位。反過來，氧化物較高的水含量通過各種機制增加其質子傳導性，例如較高的質子濃度和增強的質子跳躍。第二個重要特徵與質子如何穿過Ba2LuAlO5。質子主要沿著LuO6層的界面擴散，形成立方密排c BaO3層，而非穿過AlO4層。
參考資料：Scientists discover a new proton conductor for next-generation fuel cells. phys.org. 2023/06/06.
新方法使我們更接近廉價氫氣
一般而言，質子交換膜(PEM)水電解製氫過程中需要使用鉑、釕和銥等貴金屬，但這些貴金屬存在溶解的問題。為了解決這個問題，可以運用錫、銻、鉬和鎢氧化物的混合物製成支架，將貴金屬置於其中，從而提高其穩定性。
瑞典優密歐大學(Umeå universitet)團隊發表電解水製氫的研究成果。傳統的質子交換膜(PEM)水電解製氫方法需要使用鉑、釕和銥等貴金屬，且這些貴金屬容易溶解，限制了氫氣生產的成本和效率。研究團隊通過製備一種錫、銻、鉬和鎢氧化物的混合物支架，將貴金屬置於支架內部，從而避免了貴金屬的溶解問題，延長了其使用壽命。本技術改善了質子交換膜(PEM)水電解製氫的經濟性和效率，為可再生氫氣的大規模生產提供了更可行的解決方案，相關成果已發表於《communications engineering》期刊上。
參考資料：Novel method brings us a step closer towards cheap hydrogen. TechXplore. 2023/06/08.
新研究可能有助於提升電動汽車的電池效能
傳統電池在充電過程中容易發生短路，且鋰金屬絲可能破裂，損壞陶瓷電解質。為了提高安全性，可以用固體電解質替代傳統電池中的易燃液體電解質，並使用鋰金屬作為陽極。固體電解質的使用可增加安全性，而鋰金屬則能儲存更多能量。
使用X射線計算機斷層掃描的影像技術，在充電過程中可視化枝晶(Dendrite)故障。研究表明，枝晶裂紋的起始和擴展是獨立的過程。當鋰積聚在孔隙中時，枝晶裂紋就會開始。當孔隙變滿時，電池的進一步充電會增加壓力，導致開裂。相比之下，當鋰僅部分填充裂縫時，就會發生擴展。鋰等軟金屬可以穿透高密度硬陶瓷電解質的過程已被證明具有挑戰性，獲得的額外見解將有助於固態電池研究朝著實用設備的方向發展。(1199字；圖1)
參考資料：New study could help unlock 'game-changing' batteries for electric vehicles and aviation. Science Daily. 2023/06/07.
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