上海應物所在質子陶瓷燃料電池方向取得突破性進展

2023年12月2日,中國科學院上海應用物理研究所在質子陶瓷燃料電池方向的突破性研究進展以“Sintering-induced cation displacement in protonic ceramics and way for its suppression"為題在國際權威期刊《自然-通訊》Nature Communications在線發表。上海應物所張林娟研究員、王建強研究員與科廷大學邵宗平教授為共同通訊作者,上海應物所劉澤助研為第一作者。

質子陶瓷固體氧化物材料作為第三代高溫燃料電池與電解池材料,因具有高的氫-電轉化效率、零排放等優勢而受到了廣泛關注,它可以很好地與可再生能源特別是核能進行耦合,實現低成本的能量存儲和轉換。然而,由于質子陶瓷電解質膜燒結不良,導致其質子電導率不足,成為研究的一個難點。項目團隊報道了電池高溫燒結過程中金屬陽離子Y3+的動態位移會對質子電解質BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.1O3-δ的高溫膜燒結產生不利影響,降低其電導率和穩定性。通過引入熔鹽方法,在低合成溫度下實現了Y3+預摻雜到鈣鈦礦A位,從而抑制了其在高溫燒結過程中的進一步動態位移,從而增強膜的致密性,提高電導率和穩定性。陽極支撐的單電池在600 °C對應的功率密度達到663 mWcm-2,長期穩定性超過2000小時。

該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會等項目的支持。(核能綜合利用中心-能源材料與化學研究部 供稿)

文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-43725-x

結構演變示意圖