燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置。与仅能储存电力的电池不同，只要持续供应燃料和空气，燃料电池就能连续发电。然而，燃料电池的电化学反应机理较为复杂，尚未被完全认识。这一知识缺口成为部署燃料灵活的清洁能源技术的主要障碍之一。例如，使用固体氧化物的燃料电池容易发生"硫中毒"，即燃料中微量的硫杂质会迅速降低系统性能。

蒸汽驱动的自清洁机制

犹他大学的研究人员在一项新研究中，揭示了此前未知的蒸汽驱动自清洁机制，该机制能显著提升固体氧化物燃料电池阳极的耐硫性。化学工程副教授段传成表示："这项研究建立了一种新的耐硫电化学材料设计策略。我们证明，催化剂可以被设计成不仅能耐受硫，还能在运行过程中主动自我清洁。"该研究发表在《美国化学会志》上，第一作者是段传成可持续能源材料研究实验室的研究生包悦。

研究发现，在镍基固体氧化物燃料电池阳极中添加金属铑，会形成双金属纳米颗粒。这些纳米颗粒能有效抵抗硫中毒，并在蒸汽暴露下实现自主再生。这一发现首次提供了直接证据，解释了为何铑改性后的固体氧化物燃料电池阳极在含硫燃料中仍能保持性能。对这一机制的深入理解，将有助于推动这些燃料电池在实际应用中的可行性。

铑如何对抗硫中毒

硫化氢等硫杂质即使在痕量水平，也会通过在阳极表面形成稳定的镍硫化合物，物理性阻断其活性位点，从而迅速使传统镍基阳极失活。研究人员结合原位高温红外光谱、热力学分析和电化学诊断技术发现，铑的加入从根本上改变了阳极的表面化学性质。铑弱化了镍硫键，同时活化水分子生成活性羟基，将吸附的硫氧化为挥发性二氧化硫，后者自然脱离表面。

实验结果显示，当使用含百万分之一百以下硫化氢的燃料时，采用镍铑催化剂纳米颗粒的固体氧化物燃料电池，其功率输出比传统镍基阳极高出三倍以上，极化电阻也显著降低。值得注意的是，该催化剂在实际运行条件下展现出自我再生能力，无需外部脱硫装置或复杂的再生流程。

更广泛的应用前景

包悦表示："除了固体氧化物燃料电池，这些发现还为高温催化、电化学能源系统以及燃料灵活发电技术提供了可广泛应用的见解，特别是在涉及天然气、生物质气、合成气或其他含硫燃料的应用场景中。"随着全球对清洁能源需求的持续增长，这项突破性技术有望提升燃料电池在多种燃料条件下的运行稳定性，加速其在分布式发电、重型运输等领域的商业化应用，为清洁能源转型提供新的技术支撑。

出版详情：作者：Yue Bao等，标题; 《揭示钐掺杂铈-镍-铑固体氧化物燃料电池催化剂的耐硫机理》， 发表于：《美国化学会杂志》 (2026)。期刊信息：《美国化学会杂志》