南华大学陶泽天团队构建具有梯度热膨胀系数的复合阴极材料

新湖南客户端 2024-11-19 14:58:07

近日，南华大学资源环境与安全工程学院陶泽天课题组首次提出了具有热膨胀系数梯度材料的概念，并成功将其应用在固体氧化物燃料电池阴极中，有效地提升了材料的输出功率。研究成果在国际权威期刊Advanced Functional Materials （《先进功能材料》）发表原创性研究论文“Self-assembled composite cathodes with TEC gradient for proton-conducting solid oxide fuel cells （用于质子传导的固体氧化物燃料电池的自组装热膨胀系数梯度复合阴极）”。

据了解，尽管固体氧化物燃料电池阴极的不断改性优化，已经使得输出功率得到了很大的进步，但其与电解质材料的热不匹配性依然是限制商业化的重要因素之一。在电堆运行期间，由于两种材料热膨胀系数差距较大，残余热应力不断在界面处累积。当累积到一定程度，会导致阴极与电解质界面开裂，进而导致电堆失效。

南华大学陶泽天课题组在以PrBaCo_1.4 Fe_0.6 O₆ 为基材，通过共烧PrBaCo_1.4 Fe_0.6 O₆ 与负膨胀材料Y₂ W₃ O₁₂ 成功在原位构建了四相有序的异质结构，并证明了其热膨胀系数依次降低。结果表明，该异质结构在700^o C时的最大功率密度可达1.88Wcm^-2 。更重要的是，在经历了50个小时严苛的热循环测试后，单电池的输出功率没有出现显著的衰减，具有良好的运行稳定性。该研究为攻克电池内部热不匹配的问题提供了一种新的思路。

南华大学资源环境与安全工程学院陶泽天教授为论文的通讯作者，硕士研究生高阳为第一作者，南华大学资源环境与安全工程学院为论文署名第一单位。（高阳）

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来源：新湖南客户端

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