新燃料电池在燃料耗尽后仍能发电

你能想象煤油灯在煤油燃尽之后仍能发亮，电炉在断电后仍保持热度吗？

近日，哈佛大学材料学家们利用固体氧化物燃料电池实现了清洁能源发电的一项壮举。在把氢转换成电力的同时，新燃料电池也能像蓄电池一样储存电化学能量，在燃料耗尽后仍可短时间内持续发电。

哈佛大学工程与应用科学学院副教授、首席研究员Shriram Ramanathan解释说：“这种薄膜型固体氧化物燃料电池采用了低温操作的最新技术，使用了一种新型多用途材料 -- 氧化钒，使燃料电池在生成能量的同时也储存能量。”

这项研究在线发表在了《纳米快报》杂志上。目前，小巧轻便型电源在能源供应中至关重要。该发现对小型便携式能源供应的意义十分重大。

AA电池和微型燃料电池对比

该研究的首席作、博士后研究员Quentin Van Overmeere指出：“比如说无人飞行器就会从这种技术中受益。虽然无法在作战中为飞机补给燃料，但是额外的能源储存可以大大延长飞机的使用寿命。”

Ramanathan、Van Overmeere以及合著者Kian Kerman（哈佛大学工程与应用科学学院研究生）使用最具代表性的铂作为固体氧化物燃料电池的阴阳极。他们发现，当铂阳极的燃料用尽时，在电化学反应逐渐消失之前，电池还能继续发电，并持续了大概15秒左右。

固体氧化物燃料电池横切面示意图（简化版）

而在新固体氧化物燃料电池实验中，研究人员采用了双分子层铂和氧化钒作为电池的阳极，这使电池无燃料发电时间延长到之前的14倍 – 3分30秒，电流密度为0.2 mA/cm2。Ramanathan解释说，这个早期的实验结果只是一次概念验证。他和他的团队预测，如果对这种混合物阳极进行改善，那么还会进一步延长电池的发电时间。

在正常情况下，新设备产生的电力与铂阳极固体氧化物燃料电池可相提并论。与此同时，具有特殊纳米结构的氧化钒引起了各种各样的化学反应，即便在氢燃料燃尽后，这些反应仍可持续。

Ramanathan说：“氧化钒阳极在电池内可能引起的化学反应共有三个。第一个是氧化钒离子。这点已通过了光电子能谱的验证。第二个是氧化钒晶格内的氢储存。氢在阳极逐渐被释放并氧化。第三个是氧离子浓度在阴阳两极之间的差异。在浓差电池内，我们同样观察到了氧离子正被氧化。

以上三个反应满足了电子形成电路的条件。虽然尚不得知这种新型燃料电池能继续保持供电的真正原因。但Ramanathan的团队已通过大量实验证明，至少有三分之二的作用机制是同时发生的。

Ramanathan和他的同事预计，这种新型燃料电池的升级版将实现更长时间的无燃料发电，且在微型无人机上的应用测试将在两年内完成。