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   雖然風(fēng)能和太陽(yáng)能等能源在生產(chǎn)無(wú)排放電力方面做得很好，但它們依賴于陽(yáng)光和風(fēng)，因此供應(yīng)并不總是能滿足需求。同樣，核電站以最大容量運(yùn)行時(shí)效率更高，因此發(fā)電不容易根據(jù)需求來(lái)隨時(shí)增加或減少。
   幾十年來(lái)，能源研究人員一直試圖解決一個(gè)重大挑戰(zhàn)：如何儲(chǔ)存多余的電力，以便在需要的時(shí)候?qū)⑵溽尫呕仉娋W(wǎng)？
   最近，愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Idaho National Laboratory)的研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)一種用于電化學(xué)電池的新電極材料，幫助解決了這一難題。這種電池可以有效地將多余的電和水轉(zhuǎn)化為氫。當(dāng)電力需求增加時(shí)，電化學(xué)電池是可逆的，將氫轉(zhuǎn)化為電力供應(yīng)電網(wǎng)。氫還可以作為燃料用于取暖、車(chē)輛交通或其他用途。
   研究結(jié)果發(fā)表在本周的《自然通訊》(Nature Communications)雜志網(wǎng)絡(luò)版上。
   INL的高級(jí)工程師/科學(xué)家和化學(xué)處理組負(fù)責(zé)人丁冬(音譯，Dong Ding)說(shuō)，研究人員早就認(rèn)識(shí)到氫作為能量存儲(chǔ)介質(zhì)的潛力。
   丁說(shuō)：“儲(chǔ)能的巨大挑戰(zhàn)及其多樣化的研究和開(kāi)發(fā)需求，為氫提供了更多的機(jī)會(huì)。我們的目標(biāo)是將氫作為有效儲(chǔ)存能量的能源中間體�！�
   丁和他的同事改進(jìn)了一種叫做質(zhì)子陶瓷燃料電池(PCEC)的電化學(xué)電池，這種電池利用電將蒸汽分解成氫和氧。
   然而，在過(guò)去，這些設(shè)備有局限性，尤其是它們需要在高達(dá)800攝氏度的高溫下工作。高溫需要昂貴的材料，導(dǎo)致降解速度加快，使其成本高得令人望而卻步。
   在這篇論文中，丁和他的同事們描述了一種新的氧電極材料——同時(shí)促進(jìn)水分解和氧還原反應(yīng)的導(dǎo)體。與大多數(shù)電化學(xué)電池不同的是，這種新材料——一種叫做鈣鈦礦化合物的氧化物——使該電池?zé)o需額外的氫就可以將氫和氧轉(zhuǎn)化為電。
   在此之前，丁和他的同事為電極開(kāi)發(fā)了一種三維網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，使得其有更大表面積可以將水分解成氫和氧。這兩種技術(shù)——3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和新型電極材料——可以在400到600攝氏度的溫度下進(jìn)行自我持續(xù)、可逆的操作。
   丁說(shuō)：“我們證明了PCEC在如此低的溫度下進(jìn)行可逆操作的可行性，可以在不需要任何外部供氫的情況下，將水解生成的氫轉(zhuǎn)化為電力，實(shí)現(xiàn)自持運(yùn)行。這是高溫電解技術(shù)邁出的一大步。”
   丁說(shuō)，過(guò)去的氧電極只傳導(dǎo)電子和氧離子，而新的鈣鈦礦是“三重傳導(dǎo)”，也就是說(shuō)它傳導(dǎo)電子、氧離子和質(zhì)子。在實(shí)際應(yīng)用中，三導(dǎo)電極意味著反應(yīng)發(fā)生得更快、更有效，因此可以在保持良好性能的同時(shí)降低操作溫度。
   對(duì)于丁和他的同事們來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵在于找到一種方法將這種元素添加到鈣鈦礦電極材料中，從而使其具有三重導(dǎo)電性能——這個(gè)過(guò)程被稱為摻雜(doping)。愛(ài)達(dá)荷州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室化學(xué)處理組的材料科學(xué)家和工程師丁漢平(音譯，Hanping Ding)說(shuō)：“我們成功地證明了一種有效的摻雜策略，以開(kāi)發(fā)出一種良好的三導(dǎo)氧化物，它能使電池在較低的溫度下保持良好的性能�！�
   在未來(lái)，丁冬和他的同事們希望通過(guò)將材料創(chuàng)新與前沿制造工藝相結(jié)合，繼續(xù)改進(jìn)電化學(xué)電池，使該技術(shù)可以用于工業(yè)規(guī)模的項(xiàng)目。

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