【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所能源催化轉化全國重點實驗室無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員、朱雪峰研究員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。
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(Proton-Conducting Fuel Cells，PCFCs)，在推動可持續能源系統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元素揮發、偏析及遷移等問題，成為制約PCFCs性能提升的關鍵瓶頸。因此，開發與現有陶瓷膜制備工藝兼容的創新技術，對于充分發揮PCFCs的應用潛力具有重要意義。
本研究在遵循標準陶瓷膜制備工藝的基礎上，提出一種自壓縮應力策略。研究團隊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%，并有效抑制了Ba元素揮發、雜質偏析及Ni元素遷移等高溫燒結引起的不利現象，提升了電解質薄膜質量，進而增強了電池的電化學性能。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。
相關研究成果以“Self-Compressive Stress Promoting Densification of Proton-Conducting Electrolyte Membranes”為題，于近日發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上，并被選為“Hot Paper”。該文章第一作者為我所504組博士研究生張黎明。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、我所創新基金等項目的資助。(文/圖 張黎明、朱雪峰)
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