韩国能源研究所（KIER）氢聚合材料实验室的 Yoonseok Choi 博士与 KAIST 材料科学与工程系的 WooChul Jung 教授和釜山国立大学材料科学与工程系的 Beom-Kyung Park 教授合作成功开发出一种催化剂涂层技术，只需四分钟就能显著提高固体氧化物燃料电池（SOFC）的性能。
他们的研究成果发表在Advanced Materials上。
作为推动氢经济发展的高效清洁能源设备，燃料电池正受到越来越多的关注。其中，固体氧化物燃料电池（SOFC）的发电效率最高，可以使用氢气、沼气和天然气等各种燃料。此外，它们还可以利用发电过程中产生的热量进行热电联产，因此成为目前研究和开发的热点。
固体氧化物燃料电池（SOFC）的性能主要取决于空气电极（阴极）发生的氧还原反应（ORR）动力学。空气电极的反应速率比燃料电极（阳极）的反应速率慢，因此限制了整体反应速率。
为了克服这种缓慢的动力学特性，研究人员正在开发具有高 ORR 活性的新型空气电极材料。然而，这些新材料一般仍缺乏化学稳定性，需要不断进行研究。
相反，研究团队将重点放在提高 LSM-YSZ 复合电极的性能上，这种材料因其出色的稳定性而被广泛应用于工业领域。因此，他们开发了一种在复合电极表面涂覆纳米级氧化镨（PrOx）催化剂的涂层工艺，这种催化剂能积极促进氧还原反应。通过应用这种涂层工艺，他们显著提高了固体氧化物燃料电池的性能。
研究小组引入了一种电化学沉积方法，该方法可在室温和大气压力下运行，无需复杂的设备或工艺。将复合电极浸入含有镨（Pr）离子的溶液中并施加电流，电极表面产生的氢氧根离子（OH-）就会与镨离子发生反应，形成沉淀，均匀地覆盖在电极上。该涂层经过干燥过程，转化为氧化物，在高温环境中保持稳定并有效促进电极的氧还原反应。整个涂层过程只需四分钟。
此外，研究小组还阐明了涂层纳米催化剂促进表面氧交换和离子传导的机制。他们提供的基本证据表明，催化剂涂层方法可以解决复合电极反应速率低的问题。
通过将开发的催化剂涂层复合电极和传统复合电极运行 400 多个小时，研究小组观察到极化电阻降低了 10 倍。此外，在 650 摄氏度条件下，使用这种涂层电极的 SOFC 的峰值功率密度（142 mW/cm2 → 418 mW/cm2）是未涂层情况下的三倍。这是文献报道的使用 LSM-YSZ 复合电极的 SOFC 的最高性能。
原文链接：Seongwoo Nam et al, Revitalizing Oxygen Reduction Reactivity of Composite Oxide Electrodes via Electrochemically Deposited PrOx Nanocatalysts, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202307286
