摘要：陶瓷质子膜燃料电池和电解池是未来氢能经济的关键技术，能够在300至600摄氏度的中温区提供高效能量转换和电化学合成。陶瓷质子膜是其核心材料，能够在水合后提供高质子电导率，作为固态电解质材料构筑燃料电池和电解池器件。然而，传统的铈酸钡基电解质（如BaCe0.7Z

陶瓷质子膜燃料电池和电解池是未来氢能经济的关键技术，能够在300至600摄氏度的中温区提供高效能量转换和电化学合成。陶瓷质子膜是其核心材料，能够在水合后提供高质子电导率，作为固态电解质材料构筑燃料电池和电解池器件。然而，传统的铈酸钡基电解质（如BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3−δ）在高电解电流密度、高水蒸气分压及酸性气氛下易发生化学腐蚀和电化学衰减，限制了其在苛刻工况条件下的应用。锆酸钡基电解质（如BaZr0.8Y0.2O3−δ）具有优异的化学稳定性，但长期存在烧结温度高、烧结助剂降低性能等问题，高致密度电解质陶瓷和高性能电化学器件的制备是亟需突破的关键挑战。

基于上述背景，清华大学材料学院董岩皓助理教授与合作者美国新墨西哥州立大学罗红梅教授、美国麻省理工学院李巨教授和美国爱达荷国家实验室丁冬研究员提出了基于高活性支撑层烧结应力辅助的多层共烧技术，通过支撑层、过渡层和质子膜中氧化镍第二相和铈掺杂浓度的一体化设计，首次在1450摄氏度实现了无烧结助剂、高致密度锆酸钡基质子膜和高性能电化学器件的制备（图1）。研究表明，锆酸钡基质子膜燃料电池和电解池具有优异的电化学性能和稳定性（图2），能够在450至600摄氏度、0.5至0.7个大气压的高水蒸气分压和0.5至2.0安培每平方厘米的高电解电流下展现出高法拉第效率和优异的稳定性，相较于传统的铈酸钡基电解质优势明显。锆酸钡陶瓷烧结技术的突破，有望为高功率密度陶瓷质子膜燃料电池和极端工况电解池的研发与应用提供有力支撑。

图1.锆酸钡基陶瓷质子膜多层共烧技术

图2.锆酸钡基陶瓷质子膜电池具有优异的电解稳定性

相关研究成果以“高电解稳定性和法拉第效率的锆酸盐质子膜电池烧结技术”（Sintering protonic zirconate cells with enhanced electrolysis stability and Faradaic efficiency）为题，于3月14日在线发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）。

来源：清华大学一点号