俄克拉荷马大学Nature Commun：三重导电电极增强表面活性和耐久性

纳米技术

2025-05-04

质子陶瓷电化学电池（PCECs，protonic ceramic electrochemical cells）材料体系能够在比较低的温度工作，可以为发电和制氢提供能效和可靠的性能，因此PCEC成为一种具有前景的可逆能量循环技术（reversible energy cycling technology）。但是，PCEC面临着技术上的挑战，特别是如何在大电流密度下保证电极的活性和电极耐久性。

有鉴于此，俄克拉荷马大学丁汉平等为了解决这些挑战，引入具有高孔隙率和三重导电性的纳米结构氧电极，能够通过自组装方法提高催化活性和界面稳定性，并且保持电极的扩展性。

本文要点：

（1）

采用这种先进的电极构筑电化学电池，表现优异的性能。在燃料电池模式600°C时达到1.50 W cm^-2的峰值功率密度，在电解模式下在1.60 V时达到5.04 A cm^-2的电流密度，在瞬态操作和热循环中具有更高的稳定性。由于电极结构的双重特性，使得表面活性和传质性能的提高。此外，氧电极和电解质之间增强的界面键合有助于提高耐久性和热机械完整性（thermomechanical integrity）。

（2）

这项研究强调了优化电极微观结构对于表面活性和耐久性之间平衡的重要性。

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Zheng, S., Wu, W., Zhang, Y. et al. Enhancing surface activity and durability in triple conducting electrode for protonic ceramic electrochemical cells. Nat Commun 16, 4146 (2025).

DOI: 10.1038/s41467-025-59477-9

https://www.nature.com/articles/s41467-025-59477-9