2004年9月15日
利用以前被认为是讨厌的电化学现象，研究人员乔治亚理工学院已经开发出一种新型的三维纳米多孔电极，可以提高燃料电池、电池和传感器的性能。
通过在铜基底上沉积铜、锡或铜锡合金的过程中产生氢气气泡，研究人员创造出含有相互连接的复杂孔隙网络的自支撑金属泡沫电极。由于气泡在离开衬底时膨胀，它们在沉积的金属中形成通道，越靠近电极的外侧通道就越宽。
锥形通道可以让气体和液体更容易地通过这些“功能分级”电极，提高固体氧化物燃料电池、锂电池和化学传感器的性能。该结构的纳米多孔性提供了一个大的表面积，电化学反应可以在其上发生。
佐治亚理工学院材料科学与工程学院的刘梅林教授解释说:“通过调整电解质的特性——粘度和化学成分——我们可以改变产生的气泡的大小。”欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“让气泡足够小，让我们可以制造出三维纳米结构，其中孔隙内部很小，但外部逐渐变大。”
这项由美国能源部基础能源科学办公室支持的研究已在《先进材料》杂志上发表。另一篇论文描述了铜锡合金电极的制造及欧洲杯线上买球其在锂电池中的应用，该论文已被《高级功能材料》接受出版。欧洲杯足球竞彩
生产功能梯度电极的现有技术需要沉积多层材料，每层材料具有不同的孔结构。每一层必须在热和化学上兼容，并能导电。因此，Liu及其合作者Heon Cheol Shin和Jian Dong开发的工艺提供了一种更简单的生产电极的方法，以促进液体和气体的流动。
“在我们的电极中，梯度是自然产生的，非常适合我们的需要，”佐治亚理工大学创新燃料电池和电池技术中心的联合主任刘解释说。“这就是这个过程的实用性。您可以避免创建多个层的复杂性。”
以前制造金属泡沫的努力一直受到结构缺陷的困扰，在这种结构缺陷中，切割到电极上的通道会导致它们坍塌。刘和他的团队通过仔细控制气体释放和金属沉积的竞争反应速率，形成机械支撑良好且稳定的树枝状分支，解决了这个问题。
生产氢气泡是创造孔隙结构的基本雕刻工具。该气体作为结构形成的动态模板，并作为一个屏障，阻止活性离子从电解质扩散到离子耗尽的分支周围区域，防止通道的过度生长。
在电化学沉积过程中，产氢通常是不可取的，因为它会降低生成的金属薄膜的密度。
新电极的厚度从几微米到15微米不等，这取决于所用的材料和加工时间。Liu预计铜基电极将用于固体氧化物燃料电池，而锡基电极将用于锂电池。欧洲杯足球竞彩
显微镜下的研究揭示了铜电极和锡电极之间的细微差别。锡矿床的分支比铜矿床的分支更长、更直。泡沫铜还含有在锡结构中看不到的纳米大小的晶粒和孔隙。
Liu认为，这种差异可能与铜电极沉积过程中，沉积的铜和衬底都会产生气泡有关。在锡电极中，只有衬底会产生气泡。
虽然新电极尚未在燃料电池或电池中进行测试，但刘预计它们将显著提高能量输出。
他说：“这些电极将大大降低对物质传输的阻力，因为气体很容易流入。”。纳米结构还提供了很高的表面积，因此电荷转移更容易发生。因此，电极的总电阻将降低，能量产生增加
到目前为止，研究人员只制作了小的电极样品，通常大小约为2平方厘米。刘认为没有理由不能扩大工艺规模以生产更大的电极，但目前正专注于更好地理解影响最终材料的工艺参数。欧洲杯足球竞彩
“我们正试图了解这一过程，以及如何通过改变工艺条件来控制和定制纳米结构，”刘解释说。“一旦我们完全了解如何控制结构，下一步将是制造电池和燃料电池实际应用的电极。”
在未来，研究人员还计划研究是否可以用其他金属、金属氧化物和合金制造纳米多孔电极。
作为高温固体氧化物燃料电池的专家，刘多年来一直在研究提高效率的潜力。这一新工艺是不断努力提高燃料电池和电池效率的结果。
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