他們在《能源材料進展》上發表了關于低溫質子陶瓷燃料電池螢石氧化物電解質中新超離子機制的研究工作。

“發展低溫高性能固體氧化物燃料電池勢在必行。” 通訊作者、西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室副教授黃建兵博士說。

黃博士解釋說，質子陶瓷燃料電池作為低溫運行的替代固體氧化物燃料電池具有幾個顯著的優勢。

“在 PCFC 的開發中，人們付出了大量的努力來提高氧化物陶瓷電解質的質子電導率。隨后的研究旨在通過結構摻雜來提高質子電導率。然而，需要進一步改進電解質材料，以實現更高的質子電導率，從而實現 PCFC 的高效運行。 ”

近年來，作為PCFC電解質的新型氧化物質子導體結構家族的開發已得到廣泛開展。黃博士介紹，螢石氧化物中的表面/界面質子傳導已成功應用于半導體離子膜燃料電池。在這種新型燃料電池中，氧化物顆粒的表面/界面將為低溫退火電解質提供質子傳輸路徑。

“在這項研究中，我們成功實現了沿著氧化物離子導體 GDC 顆粒的表面質子傳輸，在 500°C 下實現了 0.158 S cm -1的卓越電導率。” 黃博士說：“這種電導率水平比以往報道的與水相關的納米晶體/納米膜 GDC 的質子電導率高出幾個數量級，甚至比現有技術高出 1-2 個數量級。” Ba(Ce,Zr)O 3基鈣鈦礦氧化物質子導體。"

黃博士說：“通過比較電化學阻抗譜與 GDC 和純氧化鈰的弛豫時間分布 (DRT) 結果，提出了涉及表面質子傳導和本體氧離子遷移的協同機制。”

據黃博士介紹，燃料電池運行過程中，從陽極到陰極會形成氧空位濃度梯度。同時，通過在陰極和電解質之間的界面處自然捕獲電子和氧空位，氧被還原為氧離子(O 2- )。借助氧濃度梯度產生的穩定驅動力，加速氧離子(O 2- )擴散。同時，GDC顆粒本體中的O 2-沿相反方向遷移，促進GDC顆粒表面上的H +遷移。

作者相信這一發現可能為螢石氧化物的離子傳輸機制提供新的見解，并為先進的低溫 PCFC 開辟新的途徑。

黃建兵博士、于勇博士、程小萌博士、郭烈金教授，來自西安交通大學能源與動力工程學院動力工程多相流國家重點實驗室;其他貢獻者包括江蘇省太陽能科學與技術重點實驗室/儲能聯合研究中心MAK Yousaf Shah、王浩和朱斌教授;Peter Lund 教授，阿爾托大學理學院。

國家自然科學基金重點項目(52336009)和有序能量轉換基礎科學中心項目(51888103);中央高校基本科研業務費專項資金和國家重點研發計劃項目(2021YFB4001405);東南大學基礎研究項目;國家自然科學基金面上項目;江蘇省基礎研究計劃支持此項工作。