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高性能質(zhì)子陶瓷燃料電池研究獲進(jìn)展

時(shí)間:2022-08-24 10:51來源:中國科學(xué)報(bào) 作者:朱漢斌

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當(dāng)期期刊封面。

近日，廣州大學(xué)黃埔氫能源創(chuàng)新中心教授葉思宇團(tuán)隊(duì)等，基于質(zhì)子陶瓷燃料電池（PCFC）最新發(fā)展，指出了質(zhì)子傳導(dǎo)對于構(gòu)建高性能質(zhì)子陶瓷燃料電池陰極材料的重要性。相關(guān)論述以封面論文形式發(fā)表于《先進(jìn)能源材料》。

氫能的高效利用，有助于雙碳目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)。燃料電池作為直接使用氫能發(fā)電而不產(chǎn)生任何的器件備受青睞。目前，常見的燃料電池按照工作溫度可分為低溫質(zhì)子交換膜燃料電池和高溫固體氧化物燃料電池。

然而，這兩類燃料電池均存在短板。由于工作溫度較低，低溫質(zhì)子交換膜燃料電池通常需要使用大量貴金屬催化劑；高溫固體氧化物燃料電池工作溫度較高，不需要使用貴金屬催化劑，但其壽命受到嚴(yán)重制約。可在中溫區(qū)域（400攝氏度到700攝氏度）工作的質(zhì)子陶瓷燃料電池既不需要貴金屬催化劑，又可實(shí)現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)換效率（熱電聯(lián)供等）和長壽命，因此近年來備受矚目。

與低溫質(zhì)子交換膜燃料電池和高溫固體氧化物燃料電池不同，質(zhì)子陶瓷燃料電池陰極三相界面的構(gòu)筑需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)質(zhì)子、氧離子和電子的傳導(dǎo)。早期氧離子/電子傳導(dǎo)型氧化物被用作質(zhì)子陶瓷燃料電池陰極材料，但由于其不能實(shí)現(xiàn)質(zhì)子傳導(dǎo)，很快便被淘汰。隨后的陰極材料研究主要集中在如何實(shí)現(xiàn)并不斷提高質(zhì)子傳導(dǎo)能力。

在該研究中，研究人員揭示了質(zhì)子傳導(dǎo)在質(zhì)子陶瓷燃料電池陰極材料中的重要性，強(qiáng)調(diào)了質(zhì)子/氧離子/電子傳導(dǎo)型氧化物的重要意義。此外，該研究系統(tǒng)比較和分析了陰極材料在實(shí)際質(zhì)子陶瓷燃料電池器件中的電化學(xué)性能，并提出了質(zhì)子陶瓷燃料電池及其陰極關(guān)鍵材料面臨的挑戰(zhàn)，以及將“大數(shù)據(jù)+AI技術(shù)”應(yīng)用至質(zhì)子陶瓷燃料電池及其關(guān)鍵材料開發(fā)的愿景。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202201882　　

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：燃料電池

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