【华南先进陶瓷论坛嘉宾精彩报告】无钴钙钛矿质子燃料电池阴极的合成及性能研究！

湘南学院化学与环境科学学院，副教授

直接氨质子陶瓷燃料电池（DA-PCFCs）作为无碳高效能量转换技术，在清洁能源领域极具应用潜力，高性能阴极材料是其商业化落地的核心关键。本研究围绕无钴钙钛矿阴极展开系列开发：首先通过溶胶凝胶法合成新型双钙钛矿阴极PrBaFe2O6-δ（PBF），其具备稳定立方钙钛矿结构，依托混合铁离子价态与丰富表面氧空位协同强化氧还原反应，且与电解质的热膨胀兼容性优于传统钴基阴极，700℃时单电池峰值功率密度达379 mW/cm²，氨气条件下100小时恒流放电衰退率仅0.06%/h，展现出优异的运行稳定性；为进一步提升PBF阴极的氧还原活性与长期稳定性，研究通过溶胶-凝胶法在Fe位掺杂Sc制备得到PrBaFe1.8Sc0.2O6-δ（PBFS）无钴阴极，探究发现1000℃烧结的PBFS阴极可形成单一立方钙钛矿结构，与BZCYYb电解质相容性良好，且Sc掺杂促使材料生成Fe²+/Fe³+/Fe⁴+混合价态，大幅提升氧空位浓度，以H2为燃料时，700℃下单电池峰值功率密度可达1.303 W/cm²，极化电阻低至0.035 Ω·cm²，650℃下连续运行100小时功率仅衰减5.23%，长期稳定性得到显著优化，本研究通过结构调控与元素掺杂策略，为DA-PCFCs高性能无钴钙钛矿阴极的开发提供了可行路径与实验依据。

刘井雄，男，1988年生，湖南郴州人，中共党员，博士，副教授，硕士生导师，湖南省优秀创新创业导师，主要研究方向为功能陶瓷和催化材料。现任中国机械工程学会工程陶瓷专业委员会理事，湖南省硅酸盐学会理事，湖南省精密仪器测试学会热分析专业委员会委员。博士毕业于湖南大学材料科学与工程学院。主持了湖南省自然科学基金、湖南省教育厅科学研究项目等项目，与企业联合完成了中央引导地方科技发展资金项目，在国内外期刊发表论文20余篇，申请专利15项，与企业开展了广泛合作和交流，完成了碳化硅陶瓷膜、耐高温纳米涂层、镁橄榄石多孔陶瓷等项目。