原子尺度半導(dǎo)體工藝技術(shù)與清潔氫技術(shù)攜手共創(chuàng)

固體氧化物燃料電池（SOFC）被廣泛用于能源存儲、交通運輸和各種應(yīng)用中，采用陶瓷等固體電解質(zhì)。這些電池的效率取決于它們電極的性能和穩(wěn)定性。

為了提高這種效率，需要制造具有多孔結(jié)構(gòu)的電極。不幸的是，現(xiàn)有技術(shù)在實現(xiàn)電極內(nèi)部復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷材料均勻涂層方面面臨挑戰(zhàn)。

浦項科技大學（POSTECH）機械工程系的安智桓教授和博士研究生Sung Eun Jo等人組成的合作研究團隊成功利用最新的半導(dǎo)體工藝為SOFC制造了多孔電極。這項研究被選為Small Methods的封底文章。

原子層沉積（ALD）技術(shù)的過程涉及在襯底表面沉積氣態(tài)材料，形成薄而均勻的原子層。在最近的一項研究中，以提高SOFC效率而聞名的安智桓教授的團隊開發(fā)并應(yīng)用了一種粉末ALD工藝和設(shè)備。這使他們能夠在細粉末上精確涂覆納米薄膜。

該團隊利用這一工藝將氧化鋯（ZrO2）陶瓷材料均勻涂覆在多孔結(jié)構(gòu)陰極（LSCF）上。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體ALD工藝不同，后者主要是將氣態(tài)反應(yīng)物吸附到多孔結(jié)構(gòu)表面，并在穿透復(fù)雜孔隙方面存在局限性。該團隊采用了一種原子層工藝處理電極材料粉末，并成功將這些材料沉積在結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

在實驗中，與傳統(tǒng)電極相比，該團隊的電極在高溫環(huán)境（700–750°C）中表現(xiàn)出了顯著的最大功率密度增加了2.2倍。此外，他們實現(xiàn)了激活阻抗的60%降低，這通常會降低電池的效率。

針對這個問題，研究團隊開發(fā)了一款創(chuàng)新的假肢手臂，專為一名車禍中失去拇指和食指的患者量身定制。這種先進的假肢通過傳感器解讀來自大腦到肌肉的信號來運行。與傳統(tǒng)的假肢不同，它還包括一個手腕旋轉(zhuǎn)模塊，使患者可以自由移動手腕。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的安智桓教授表示：“這標志著通過應(yīng)用基于先進半導(dǎo)體工藝的技術(shù)在綠色能源系統(tǒng)方面取得突破。粉末ALD技術(shù)在SOFC、氫氣生產(chǎn)和諸如SOEC等次級電池設(shè)備等各種應(yīng)用中具有巨大潛力。”

他補充說：“我們將繼續(xù)開展研究工作，為綠色能源提供可持續(xù)的解決方案。”