內部觀點:探討如何使燃料電池運作耐久性提昇

出處 Futurity 作者 林泰男 年份 2018/01/05
報告類型 能源新聞 分類 能源新聞 資料時間 2018年1月
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    現今研究人員已經可以利用一種新開發的檢視方法來查看燃料電池內部的化學反應過程,探討導致它們發生故障的肇因。
 
    針對絕大多數需要電力供應驅動的設備或裝置(包括了汽車,筆記本電腦和手機),燃料電池可視為能夠穩定提供電力的來源。燃料電池的運作使用氫氣作為燃料而空氣則作為氧化劑,經過電化學反應產生電力,因此一般來說比內燃機來的潔淨。由於水是其反應主要生成物,因此能夠顯著減少污染。燃料電池的電解質膜在操作過程中遭遇到氧化或破壞的情形會導致其壽命的縮短。電解質膜中產生的破壞通常會形成孔洞並且最終導致化學短路。工程師開發了新的技術來檢測氧化發生的速度,希望了解如何使燃料電池操作能夠持續更長時間。
 
    在燃料電池內部應用螢光光譜分析,當燃料電池運作時這個方法能夠偵測到造成氧化的化學物質,即自由基。這項技術不但可以瞭解電池劣化的機制,更進一步可針對劣化肇因提出改良設計與解決策略,此一突破性的研究成果將可延長燃料電池的使用壽命。
 
    位於聖路易的華盛頓大學工程與應用科學學院環境與能源系教授維杰·拉馬尼(Vijay Ramani)說:「如果你購買一台汽車,一部手機,你希望它能夠有效使用的期限能夠盡可能延長。不幸的是,燃料電池中的相關零組件可能會劣化,而且並不容易維修。我們的新技術確實可檢測出這些設備出現故障的狀態,而這使我們能夠找出解決可能改良劣化情形的方法,從而提高使用這些燃料電池的設備之使用壽命。」
 
    該研究利用內部檢測手法研究燃料電池的內層薄膜。摻入螢光染料並用作標記物以確定在燃料電池運作期間產生有害自由基的速率。Ramani實驗室的博士候選人Yunzhu Zhang說:「透過與光纖結合使用螢光光譜,我們可以將燃料電池內導致電解質膜層破壞的氧化自由基進行量化。」一旦能夠觀察到燃料電池的內部狀態,研究人員注意到燃料電池膜發出的光越弱,內部產生的破壞就越大。博士後研究員Shrihari Sankarasubramanian說:「我們可以即時觀測到這個過程發生的情形。」
 
    到目前為止,檢測燃料電池破損的研究人員可依螢光分析結果,以確定哪些化學反應可能是電解質膜破壞的原因。他們說這種新的檢測技術讓他們能夠專注於探討電池內部組件的劣化的成因,以便進行更好的劣化機制評估。博士後研究員Javier Parrondo:「由於導致燃料電池膜裂化的自由基如此短暫,且陰離子交換膜太薄,所以我們的新穎內部檢測技術與成效提供了關鍵的研究資訊,可增進研究人員對燃料電池運行過程中發生的化學劣化機制之瞭解與防制。」說道。
 
    Ramani說:「這項技術的應用,下一步將嘗試在燃料電池膜內引入抗氧化劑,探討是否能有效降低電解質膜破壞的速度。」
(出處:Futurity)