固體氧化物電池（Solid oxide cells，SOCs）的高效能應用可以分為兩種形式，一種是SOFC，即固體氧化物燃料電池，通過氧化燃料產生電能；另一種是SOEC，即固體氧化物電解池，通過電解水產生氧氣和氫氣。從原理上講，SOEC可以看作是目前研究較多的SOFC的逆過程。兩種應用具有能量轉換率高、燃料可選范圍廣等優點，被認為是一種很有發展前途的可逆電池。SOC的核心技術就是多孔電極和電解質的制備，對于電極，能制備出具有耐久性、催化活性高、并且合成方法簡單價格低廉的材料，一直是研究者們追求的目標。

    近日，英國圣安德魯斯大學的Jae-ha Myung、Dragos Neagu、David N. Miller、John T. S. Irvine在Nature上發表文章，通過電化學極化溶出的方法制備的催化劑，大大縮短了之前報道的氧化還原溶出的方法所需的時間。同時催化劑性能更加優異，通過調節電壓可以實現可逆過程，作者稱之為“電化學開關”。（Switching on electrocatalytic activity in solid oxide cells. Nature, 2016, 537, 528-531, DOI: 10.1038/nature19090）

    先簡單介紹一下催化劑的溶出的機理。作者采用La0.43Ca0.37Ni0.06Ti0.94O3-γ（~10μm） | Zr0.89Sc0.1Ce0.01O2-γ（~80-140μm） |  Zr0.89Sc0.1Ce0.01O2-γ–（La0.8Sr0.2）0.95MnO3-γ（~ 20μm） 作為電池體系，在還原條件下（比如H2），氧離子會被氫氣奪走，晶格中產生氧空位。同時，晶格中的離子會得到電子，并以納米顆粒的形式溶出。

    圖片來源：Nature

    之前報道的氧化還原溶出法制備的復合納米催化劑需要10-30小時，而通過電化學極化溶出的方法，研究者僅僅需要150秒。比較兩種方法得到催化劑，后者溶出的Ni顆粒更多，溶出深度也更深。

    圖片來源：Nature

    “電化學開關”不但表示通過電化學極化溶出的方法制備的催化劑，同時還意味著在700度~900度之間，固體氧化物可以實現SOEC和SOFC的切換。研究者將其應用于SOFC模式下，催化性能（1.3 W/cm2）比之前報道的催化劑（0.2 W/cm2）提高了近7倍。

    圖片來源：Nature

    這一方法，可以在氧化物電極上簡單快速產生高催化活性的納米結構材料，所需時間僅以秒計，而且這種電極結構在SOFC和SOEC模式下均表現良好，這為在一個高性能、易制造的器件中整合SOFC和SOEC提供了概念驗證。

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責任編輯：龐雪潔

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