北理工團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子陶瓷電解池關(guān)鍵電解質(zhì)領(lǐng)域發(fā)表綜述文章
發(fā)布日期：2026-04-28 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：田柳 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
面向綠色制氫技術(shù)發(fā)展需求，構(gòu)建兼具高電導(dǎo)率、高穩(wěn)定性與良好可加工性的質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)，是推動質(zhì)子陶瓷電解池性能提升與應(yīng)用拓展的關(guān)鍵。近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院孫克寧教授課題組圍繞質(zhì)子陶瓷電解池關(guān)鍵電解質(zhì)發(fā)表綜述文章，相關(guān)成果以“Proton-conducting electrolytes for high-performance ceramic electrolysis cells: Materials, mechanisms, modification, and process”為題發(fā)表于《Progress in Materials Science》（影響因子40.0）。北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院孫克寧教授、王振華教授和任戎征預(yù)聘副教授為論文通訊作者，2024級博士生謝楓苡為第一作者。該工作系統(tǒng)梳理了高性能質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)在材料體系、基礎(chǔ)機(jī)制、組成調(diào)控與工藝優(yōu)化等方面的研究進(jìn)展，為質(zhì)子陶瓷電解池關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了重要參考。
圖1 固體氧化物電解池與質(zhì)子陶瓷電解池工作原理示意圖。
在全球能源轉(zhuǎn)型與低碳發(fā)展背景下，高效、清潔、可持續(xù)的制氫技術(shù)受到廣泛關(guān)注。質(zhì)子陶瓷電解池由于具有獨(dú)特的質(zhì)子傳輸機(jī)制，并可在400–700 ℃中溫區(qū)間運(yùn)行，已成為新型電解制氫體系中的重要研究方向。與傳統(tǒng)氧離子傳導(dǎo)固體氧化物電解池相比，質(zhì)子陶瓷電解池在電解電壓、能量轉(zhuǎn)換效率及系統(tǒng)集成等方面具有明顯優(yōu)勢。然而，質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)作為器件中的核心功能材料，仍面臨質(zhì)子電導(dǎo)率有限、化學(xué)穩(wěn)定性不足、晶界阻抗較高以及致密化困難等關(guān)鍵問題，制約了其進(jìn)一步發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用。
圖2 質(zhì)子陶瓷電解池電解質(zhì)研究策略示意圖。
該綜述梳理了質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)材料體系的發(fā)展脈絡(luò)，涵蓋經(jīng)典鈣鈦礦體系及多種新興非鈣鈦礦氧化物；圍繞質(zhì)子獲得與遷移機(jī)制、表面質(zhì)子傳導(dǎo)行為及其影響因素進(jìn)行了分析，并歸納了電解質(zhì)在實(shí)際服役條件下面臨的化學(xué)退化、電化學(xué)不穩(wěn)定、機(jī)械失效和界面劣化等關(guān)鍵問題。在此基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步闡明了高性能質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)設(shè)計(jì)中電導(dǎo)率、穩(wěn)定性與可加工性之間的內(nèi)在制約關(guān)系。
在設(shè)計(jì)策略方面，論文重點(diǎn)總結(jié)了元素?fù)诫s、非化學(xué)計(jì)量調(diào)控和機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)等典型組成調(diào)控方法，并對薄膜制備、低溫致密化及創(chuàng)新燒結(jié)工藝等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了評述。不同于既有綜述多聚焦于材料組成或單一性能提升，該研究進(jìn)一步將質(zhì)子傳導(dǎo)、失效機(jī)制、組成調(diào)控與工藝制備納入統(tǒng)一分析框架，從而形成了兼顧材料性能與實(shí)際應(yīng)用需求的綜述視角。
面向質(zhì)子陶瓷電解池的進(jìn)一步發(fā)展，綜述提出質(zhì)子導(dǎo)體電解質(zhì)研究仍需圍繞標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫與可解釋模型構(gòu)建、預(yù)測與實(shí)驗(yàn)閉環(huán)整合、薄膜制備與燒結(jié)工藝優(yōu)化，以及新型應(yīng)用場景拓展和統(tǒng)一評價(jià)體系建立等方向持續(xù)推進(jìn)，為質(zhì)子陶瓷電解池性能提升、長期穩(wěn)定運(yùn)行與規(guī)?；瘧?yīng)用提供支撐。
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