近日(ri)，我(wo)所能(néng)源催化轉化全國(guo)重(zhong)點實驗(yàn)室無機(jī)膜與催化新(xin)材(cai)料研究組（504組）楊維(wei)慎研究員(yuan)、朱雪(xuě)峰研究員(yuan)團(tuán)隊(duì)提出一(yi)種自壓縮應力(li)策略，可(kě)在(zai)降低質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)燃料電(dian)池電(dian)解質(zhi)膜共燒結緻密化溫度的(de)同時提升其電(dian)化學(xué)性能(néng)。
由厚多(duo)孔支撐層與薄緻密功能(néng)層構成(cheng)的(de)非(fei)對稱陶瓷膜兼具(ju)優(you)異的(de)機(jī)械強度與高(gao)效的(de)傳(chuan)質(zhi)性能(néng)，被廣(guang)泛應用(yong)于(yu)高(gao)效分(fēn)離領(ling)域(yu)及(ji)前(qian)沿能(néng)源轉換裝(zhuang)置。特别昰(shi)具(ju)有(yǒu)質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)緻密薄膜的(de)燃料電(dian)池（Proton-Conducting Fuel Cells，PCFCs），在(zai)推動(dòng)可(kě)持續能(néng)源係(xi)統革新(xin)方(fang)面展(zhan)現(xian)出重(zhong)要潛力(li)。然而，緻密電(dian)解質(zhi)薄膜與陽(yáng)極的(de)高(gao)溫共燒結過(guo)程(cheng)易引髮(fa)元素揮髮(fa)、偏析及(ji)遷移等(deng)問題，成(cheng)爲(wei)製(zhi)約PCFCs性能(néng)提升的(de)關鍵瓶頸。因此，開髮(fa)與現(xian)有(yǒu)陶瓷膜製(zhi)備(bei)工(gong)藝兼容的(de)創新(xin)技(ji)術(shù)，對于(yu)充分(fēn)髮(fa)揮PCFCs的(de)應用(yong)潛力(li)具(ju)有(yǒu)重(zhong)要意義。
本(ben)研究在(zai)遵循标準陶瓷膜製(zhi)備(bei)工(gong)藝的(de)基礎上，提出一(yi)種自壓縮應力(li)策略。研究團(tuán)隊(duì)通(tong)過(guo)精(jīng)确調控陽(yáng)極基底的(de)燒結收縮率，使其高(gao)于(yu)電(dian)解質(zhi)薄膜，在(zai)共燒結過(guo)程(cheng)中(zhong)對電(dian)解質(zhi)薄膜施加(jia)壓縮應力(li)，從(cong)而加(jia)速(su)其緻密化進(jin)程(cheng)。實驗(yàn)表明，該策略可(kě)将質(zhi)子(zi)傳(chuan)導(dao)電(dian)解質(zhi)薄膜 BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3₋δ的(de)緻密化溫度降低約150℃，使薄膜相對密度提升至99%，并有(yǒu)效抑製(zhi)了(le)Ba元素揮髮(fa)、雜質(zhi)偏析及(ji)Ni元素遷移等(deng)高(gao)溫燒結引起的(de)不利現(xian)象，提升了(le)電(dian)解質(zhi)薄膜質(zhi)量，進(jin)而增強了(le)電(dian)池的(de)電(dian)化學(xué)性能(néng)。該方(fang)灋(fa)工(gong)藝兼容性好，無需引入複雜設(shè)備(bei)或額外工(gong)藝步驟，有(yǒu)望拓展(zhan)至其他(tā)非(fei)對稱陶瓷膜體(ti)係(xi)，展(zhan)現(xian)出良好的(de)普适性與應用(yong)前(qian)景。
相關研究成(cheng)果以(yi)“Self-Compressive Stress Promoting Densification of Proton-Conducting Electrolyte Membranes”爲(wei)題，于(yu)近日(ri)髮(fa)表在(zai)《德(dé)國(guo)應用(yong)化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選爲(wei)“Hot Paper”。該文(wén)章第一(yi)作(zuò)者爲(wei)我(wo)所504組博士研究生(sheng)張黎明。上述工(gong)作(zuò)得到(dao)國(guo)傢(jia)重(zhong)點研髮(fa)計(ji)劃、國(guo)傢(jia)自然科(ke)學(xué)基金、我(wo)所創新(xin)基金等(deng)項(xiang)目(mu)的(de)資(zi)助。（文(wén)/圖 張黎明、朱雪(xuě)峰）
文(wén)章鏈接：http://doi.org/10.1002/anie.202513042
