打破約束：低操作溫度下可擴充套件製造超薄質子陶瓷電化學電池的方法
引言
質子陶瓷電化學電池（PCECs）是一種新興的能源技術，其中的電解質基於質子導電氧化物和氧離子導電體。這些裝置可以透過協助全球生產綠色氫能和電力來推動向可持續能源解決方案的轉變。與傳統低溫聚合物電解質電化學電池相比，PCECs 具有眾多優勢。例如，它們可以實現更高的能量效率並與不同型別的燃料相容。然而由於其操作溫度極高，通常超過 500°C，這些電池當前很難進行大規模生產和應用。
研究突破
近期，堪薩斯州立大學、科羅拉多礦業學院、日產北美技術中心（NTCNA）、日產汽車公司和俄克拉荷馬大學的研究人員提出了一種新的設計策略，將 PCECs 的操作溫度降低至 450°C 以下。他們在《自然能源》（Nature Energy）期刊上提出的這種方法可能有助於克服當前約束這些有前景的能源解決方案廣泛使用的障礙。
研究成果
研究人員建立的復合正極電極可以明顯降低 PCECs 中不同型別的電阻，包括歐姆阻抗和與正極-電解質接觸以及電極極化相關的阻抗。這種電極與最佳電解質結合使用，能夠顯著提高 450°C 以下溫度下 PCECs 的效能。進一步檢測表明這些裝置在燃料電池模式下可以實現較高的功率密度（約 0.75 W/cm²在 450°C 和約 0.10 W/cm²在 275°C），並在蒸汽電解模式下實現卓越的電流密度（-1.28 A/cm²在 1.4 V 和 450°C）。此外研究人員還展示了在低於 450°C 的溫度下直接利用甲烷和氨進行發電的能力。這些裝置在 400°C 的溫度下也可以穩定地進行發電和產氫。
結論與展望
研究團隊提出的設計策略和方法在初步評估中取得了極具潛力的結果，表明其所提出的方法可以實現在低溫下執行的高效能 PCECs，這些 PCECs 既可以作為燃料電池發電，又可以支援氫能生產。值得注意的是，研究人員建立的電解質還使得電阻可比甚至低於先前依賴複雜製造工藝的 PCECs。這項研究的方法可能很快為開發更多在低溫下執行的 PCECs 提供指導，從而最終促進這種新興能源解決方案的大規模應用。未來，研究團隊的原型電池還可以進一步改進並完善，以進一步降低操作溫度並提高效能。
