无机材料学报 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (12): 1309-1310.DOI: 10.15541/jim20253000
• 专栏:高温燃料电池关键材料(客座编辑:凌意瀚) • 下一篇
摘要:
高温燃料电池作为一种高效与清洁的电化学能量转换装置, 已成为“双碳”战略的关键技术之一。其核心优势在于燃料适应性广、能量转换效率高以及全固态结构稳定。这种燃料电池不仅可使用氢气作为燃料, 还能够直接利用碳氢化合物(如天然气、甲醇)和氨等多种燃料, 展现出良好的应用灵活性与能源兼容性。与传统的内燃机发电技术相比, 高温燃料电池通过电化学反应直接将化学能转化为电能, 其发电效率可超过60%。若进一步利用反应过程中产生的余热, 采用热电联供的方式, 整体能源利用效率可进一步提升至80%以上。高温燃料电池技术中, 关键部件材料始终是与其商业化进程紧密相关的核心命题。特别是开发在高温严苛环境下能够长期稳定工作的部件材料, 是目前制约高温燃料电池进步的瓶颈。该项技术的突破将为高温燃料电池的未来发展奠定基石。
传统高温燃料电池依赖于氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质、镍-YSZ金属陶瓷阳极以及镧锶锰(LSM)氧化物阴极等经典材料体系。这些材料在高温条件下表现出优异的电化学活性和离子电导率, 为高效能量转换提供了重要保障。尽管如此, 随着操作温度降低至中低温范围(400~700 ℃), 传统材料体系的氧离子迁移速率和电极反应动力学显著下降, 导致电池的电化学性能明显衰减。在保持效率和稳定性的前提下, 为实现高温燃料电池的中低温运行, 全球研究人员正致力于开发具有高离子电导率的新型电解质材料和高催化活性的电极材料, 以推动高温燃料电池技术在新一代能源体系中的广泛应用。
受《无机材料学报》编辑部的邀请, 本人组织编撰了“高温燃料电池关键材料”专栏, 特别邀请到来自哈尔滨工业大学、西安交通大学、北京怀柔实验室、武汉工程大学等单位的国内知名研究团体, 旨在分析高温燃料电池相关材料在基础研究、制备工艺、性能优化与机理研究方面的最新进展。
期望本专栏能够帮助科研人员更深入地理解高温燃料电池的内涵, 为他们提供了解该领域最新发展动态的窗口, 并积极推动高温燃料电池材料发展和学科进步。在此, 衷心感谢各位专家在百忙之中为本专栏撰稿, 是他们的辛勤付出和大力支持使得本专栏得以顺利出版。