高性能质子陶瓷燃料电池研究获进展 揭示质子传导的重要性

近日，广州大学黄埔氢能源创新中心教授叶思宇团队等，基于质子陶瓷燃料电池(PCFC)最新发展，指出了质子传导对于构建高性能质子陶瓷燃料电池阴极材料的重要性。相关论述以封面论文形式发表于《先进能源材料》。

氢能的高效利用，有助于双碳目标的有效实现。燃料电池作为直接使用氢能发电而不产生任何碳排放的器件备受青睐。目前，常见的燃料电池按照工作温度可分为低温质子交换膜燃料电池和高温固体氧化物燃料电池。

然而，这两类燃料电池均存在短板。由于工作温度较低，低温质子交换膜燃料电池通常需要使用大量贵金属催化剂;高温固体氧化物燃料电池工作温度较高，不需要使用贵金属催化剂，但其寿命受到严重制约。可在中温区域(400摄氏度到700摄氏度)工作的质子陶瓷燃料电池既不需要贵金属催化剂，又可实现较高的能量转换效率(热电联供等)和长寿命，因此近年来备受瞩目。

与低温质子交换膜燃料电池和高温固体氧化物燃料电池不同，质子陶瓷燃料电池阴极三相界面的构筑需要同时实现质子、氧离子和电子的传导。早期氧离子/电子传导型氧化物被用作质子陶瓷燃料电池阴极材料，但由于其不能实现质子传导，很快便被淘汰。随后的阴极材料研究主要集中在如何实现并不断提高质子传导能力。

在该研究中，研究人员揭示了质子传导在质子陶瓷燃料电池阴极材料中的重要性，强调了质子/氧离子/电子传导型氧化物的重要意义。此外，该研究系统比较和分析了阴极材料在实际质子陶瓷燃料电池器件中的电化学性能，并提出了质子陶瓷燃料电池及其阴极关键材料面临的挑战，以及将“大数据+AI技术”应用至质子陶瓷燃料电池及其关键材料开发的愿景。(记者朱汉斌)

关键词： 质子陶瓷燃料电池 电池阴极材料 质子传导 质子/氧离子/电子传导型氧化物