利用氧化鋇納米粒子，佐治亞理工學院的研究人員開發(fā)出一種自清潔技術，可以使固體氧化物燃料電池在750℃的溫度下直接使用煤氣作為燃料。這種技術可以為傳統(tǒng)電廠提供一種更清潔有效的替代方式。相關研究成果發(fā)表于Nature Communications上。

    傳統(tǒng)燃煤電廠只能利用燃料本身能量的1/3，燃料電池可以利用約50%。如果燃氣輪機和燃料電池能夠組成混合系統(tǒng)，研究人員相信可以將能量利用率提高到80%，減少提供同等能量所需的燃煤量從而減少二氧化碳排放。但迄今為止，含碳燃料，例如煤氣或丙烷會通過焦化過程產生的碳沉積物阻塞電極，很快使燃料電池的陽極失活，特別是在低溫情況下。

    為了解決這個問題，佐治亞理工學院領導的研究團隊使用氣相沉積工藝將氧化鋇納米粒子附于燃料電池陽極。這些粒子直徑在10~100納米之間，在鎳表面形成“島”的同時不會阻斷電子通過電極表面。當煤氣中的水蒸氣與氧化鋇接觸時，它會被吸收并分解成H+和OH-離子。OH-離子向鎳表面移動，并在那里與沉積的碳原子結合成為中間物，隨后分解成CO和H2，這兩種氣體為燃料電池提供能量后形成CO2和水。有一半的CO2再回流將煤氣化成煤氣。利用這種方法可以保持鎳電極表面的清潔。

    研究人員還評估了利用新的電極系統(tǒng)用丙烷作為燃料電池的燃料。與煤氣系統(tǒng)一樣，丙烷系統(tǒng)成功運行了一段時間。

    目前研究人員已經對新工藝進行了上百小時的測試，還沒有發(fā)現碳沉積的現象。氧化鋇結構的形成可作為傳統(tǒng)電極裝配工藝的一部分，并不需要額外步驟。當前研究的一大挑戰(zhàn)是測試系統(tǒng)的耐久度以適應設計年限為5年的燃料電池系統(tǒng)。