麻省理工李巨教授2分钟热冲击技术：高性能SOCs陶瓷粉在ACS Energy Lett.发表

全固态电化学电池因其高效率和环境友好性而成为能源转换设备中的佼佼者，由多孔陶瓷电极和致密陶瓷电解质膜构成。然而，制备这些电池所需的陶瓷粉末通常依赖于耗时的固态反应过程，且需要在高温下长时间煅烧，这一过程不仅效率低下，且成本高昂。尽管已有如火花等离子体合成、微波合成和闪光合成等技术尝试提升反应速率，但它们在实现高通量多组分实验方面仍存在局限。为了突破这些限制，本研究采用了一种创新的热冲击技术，通过使用一次性的碳毡作为加热源，实现了在几分钟内快速合成功能陶瓷粉末的目标。该技术通过在碳毡中通入高电子电流产生焦耳热，不仅加热和冷却速率极高，而且成本低廉，尺寸灵活，极大地提高了合成效率，为固态氧化物电池材料的快速开发和应用开辟了新途径。

美国麻省理工学院李巨教授和Bilge Yildiz教授等人在期刊《ACS Energy Letter》上发表了题为“Synthesizing Functional Ceramic Powders for Solid Oxide Cells in Minutes through Thermal Shock”的论文。本研究提出了一种创新的热冲击技术，用于快速合成固态氧化物电池（Solid Oxide Cells, SOCs）所需的陶瓷粉末。传统上，制备具有钙钛矿结构的混合离子电子导体电极粉末需要通过两步煅烧过程，在常规炉中耗时近40小时。而本研究中，通过热冲击，实现了在短短2分钟内成功合成这些粉末的突破。这一显著的效率提升得益于热冲击过程中系统所获得的高温，这极大地增强了原料之间的反应动力学。此外，通过热冲击技术，还能在数分钟内合成具有氟石结构的典型电解质粉末，例如(Y2O3)0.08(ZrO2)0.92（YSZ）和Sm0.2Ce0.8O1.95（SDC），从而显著缩短了固态氧化物电池的制造时间。通过调整碳支撑的大小，还可以同时轻松准备多个样品。热冲击技术的快速合成能力，不仅为开发新的功能陶瓷粉末提供了高通量和经济性的方式，也为固态氧化物电池材料的进一步研究和应用开辟了新的可能性。

总结与展望

总之，本研究通过在碳毡内利用快速焦耳加热的热冲击技术，实现了固态氧化物电池用钙钛矿结构氧化物电极粉末的快速合成，仅需2分钟即可完成，相较于传统炉式合成方法通常需要数十小时的制备过程，这一技术显著加快了合成速度。这种加速主要得益于热冲击过程中前驱体之间反应动力学的显著增强。研究人员还报告了其他流行的具有氟石结构的电解质粉末，如YSZ和SDC，也可以通过热冲击在几分钟内合成，这意味着固态氧化物电池的电极和电解质粉末的制造时间和成本可以大幅降低。

此外，热冲击合成的粉末展现出了合理的电化学性能，并且通过原位电化学电压冲击可以进一步改善。这种快速合成能力不仅加快了新材料的发现速度，而且以高通量的方式促进了新型功能陶瓷的开发。

展望未来，热冲击技术的应用前景广阔，它不仅能够显著提升固态氧化物电池材料的制备效率，还有潜力扩展到其他能源材料的快速合成领域。通过进一步优化热冲击参数和探索新的前驱体材料，可以预期该技术将为开发具有更优性能的先进陶瓷材料提供强有力的支持。此外，该技术在促进材料科学领域的创新和加速新型能源存储与转换技术的商业化进程中，将发挥越来越重要的作用。随着对热冲击合成机制的深入理解，期待这一技术能够在更广泛的应用场景中实现突破，为解决全球能源和环境挑战贡献力量。