一種新型氧化物催化劑塗層技術大大提高了固態氧化物燃料電池的性能，使其效率提高了三倍。這項突破性技術用途廣泛，可用於各種應用，包括固態氧化物燃料電池和高溫電解。研究人員開發出一種用於固態氧化物燃料電池（SOFC）的突破性催化劑塗層技術，可在短短四分鐘內大幅提高性能。

一個合作研究小組開發出一種新型催化劑塗層技術，只需四分鐘就能將固態氧化物燃料電池的性能提高三倍，為能源轉換技術帶來了潛在的進步。資料來源：韓國能源研究所（KIER）

該技術採用奈米級氧化镨催化劑，針對空氣電極的氧還原反應，顯著提高了SOFC 的功率輸出。這種新方法既經濟又與現有製造製程相容，有望得到更廣泛的應用，包括高溫電解制氫。

韓國能源研究所（KIER）氫聚合材料實驗室的Yoonseok Choi 博士與韓國科學技術院（KAIST）材料科學與工程系的WooChul Jung 教授和釜山國立大學材料科學與工程系的Beom-Kyung Park 教授一起，成功開發出一種催化劑塗層技術，可在短短4 分鐘內顯著提高固態氧化物燃料電池（SOFC）的性能。

作為推動氫經濟發展的高效能清潔能源設備，燃料電池正受到越來越多的關注。其中，固體氧化物燃料電池（SOFC）的發電效率最高，可使用氫氣、沼氣和天然氣等各種燃料。此外，它們還可以利用發電過程中產生的熱量，實現熱電聯產，因此成為目前研究和開發的熱點。

SOFC 的LSM-YSZ 電極電化學塗層製程示意圖。資料來源：韓國能源研究院（KIER）

固態氧化物燃料電池（SOFC）的性能在很大程度上取決於發生在空氣電極（陰極）上的氧還原反應（ORR）動力學。空氣電極的反應速率慢於燃料電極（陽極）的反應速率，從而限制了整體反應速率。為了克服這種緩慢的動力學特性，研究人員正在開發具有高ORR 活性的新型空氣電極材料。然而，這些新材料一般仍缺乏化學穩定性，需要持續研究。

聯合研究小組照片（最右邊為資深研究員Yoon-Seok Choi）。資料來源：韓國能源研究院（KIER）

研究團隊將重點放在提高LSM-YSZ 複合電極的性能上，這種材料因其出色的穩定性而被廣泛應用於工業領域。因此，他們開發了一種在複合電極表面塗覆奈米級氧化镨（PrOx）催化劑的塗層工藝，這種催化劑能積極促進氧還原反應。透過應用這種塗層工藝，他們顯著提高了固態氧化物燃料電池的性能。

研究小組引入了一種電化學沉積方法，該方法可在室溫和大氣壓力下運行，無需複雜的設備或製程。將複合電極浸入含有镨（Pr）離子的溶液中並施加電流，電極表面產生的氫氧根離子（OH-）會與镨離子反應，形成沉澱，均勻地覆蓋在電極上。該塗層經過乾燥過程，轉化為氧化物，在高溫環境中保持穩定並有效促進電極的氧還原反應。整個塗層過程只需4 分鐘。

此外，研究團隊也闡明了塗層奈米催化劑促進表面氧交換和離子傳導的機制。他們提供的基本證據表明，催化劑塗層方法可以解決複合電極反應速率低的問題。

透過對所開發的催化劑塗層複合電極和傳統複合電極進行超過400 小時的操作，研究小組觀察到極化電阻降低了十倍。此外，在攝氏650度的條件下，使用此塗層電極的SOFC 的峰值功率密度（142 mW/cm² → 418 mW/cm²）是未塗層的三倍。這代表了使用LSM-YSZ 複合電極的SOFC 的最高性能。

共同通訊作者Yoonseok Choi 博士說：”我們開發的電化學沉積技術是一種後處理方法，不會對現有的SOFC 製造過程產生重大影響。這使得引入氧化物奈米催化劑具有經濟可行性，提高了其工業應用性。

編譯來源：ScitechDaily