视点！研究揭示质子传导对构建PCFC阴极材料重要性

(资料图片仅供参考)

当期封面设计图。研究团队供图

近日，加拿大国家工程院院士、广州大学黄埔氢能源创新中心叶思宇教授团队，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PCFC阴极材料的重要性。相关论述以封面论文的形式发表于Advanced Energy Materials。博士后汪宁为该论文第一作者，杜磊副教授、叶思宇教授、华南理工大学数学学院袁保印博士为共同通讯作者。

氢能的高效利用，有助于“碳达峰、碳中和”这一目标的有效实现。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（PEMFC; ＜200℃）和高温固体氧化物燃料电池（SOFC; ＞800℃）。

然而，这两类燃料电池均存在短板：由于工作温度较低，PEMFC通常需要使用大量贵金属催化剂；SOFC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。因此，可在中温区域（400-700℃）工作的PCFC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，近年来备受瞩目。

与PEMFC、SOFC有所不同，PCFC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PCFC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。

在本文中，研究人员揭示了质子传导在PCFC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；本文系统比较和分析了阴极材料在实际PCFC器件中的电化学性能，并给出了PCFC及其阴极关键材料面临的挑战，提出了将“大数据+AI技术”应用至PCFC及其关键材料开发的愿景。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202201882