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本報訊(記者孫丹寧)中國科學院大連化學物理研究所研究員楊維慎、朱雪峰團隊提出一種自壓縮應力策略,可在降低質子傳導燃料電池電解質膜共燒結致密化溫度的同時提升其電化學性能。相關研究成果近日發(fā)表于《德國應用化學》。
由厚多孔支撐層與薄致密功能層構成的非對稱陶瓷膜兼具優(yōu)異的機械強度與高效的傳質性能,被廣泛應用于高效分離領域及前沿能源轉換裝置。特別是具有質子傳導致密薄膜的燃料電池,在推動可持續(xù)能源系統(tǒng)革新方面展現出重要潛力。然而,致密電解質薄膜與陽極的高溫共燒結過程易引發(fā)元素揮發(fā)、偏析及遷移等問題,成為制約上述電池性能提升的瓶頸。因此,開發(fā)與現有陶瓷膜制備工藝兼容的創(chuàng)新技術,對于充分發(fā)揮電池的應用潛力具有重要意義。 研究團隊在標準陶瓷膜制備工藝的基礎上,提出一種自壓縮應力策略,通過精確調控陽極基底的燒結收縮率,使其高于電解質薄膜,在共燒結過程中對電解質薄膜施加壓縮應力,從而加速其致密化進程。實驗表明,該策略可將質子傳導電解質薄膜BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3-δ的致密化溫度降低約150℃,使薄膜相對密度提升至99%,并有效抑制Ba元素揮發(fā)、雜質偏析及Ni元素遷移等高溫燒結引起的不利現象,提升電解質薄膜質量,進而增強電池的電化學性能。 研究人員表示,該方法工藝兼容性好,無需引入復雜設備或額外工藝步驟,有望拓展至其他非對稱陶瓷膜體系,展現出良好的普適性與應用前景。 相關論文信息:http://doi.org/10.1002/anie.202513042 《中國科學報》 (2025-12-18 第3版 綜合)
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