燃料电池是构建未来清洁能源体系的关键技术路径,固体氧化物中氧离子快速传导则是燃料电池(SOFC)等器件高效运行的关键。当前主流的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)氧离子导体只有在超过700 ℃高温条件下呈现可观的离子电导率(0.01 S cm-1),然而,过高的工作温度导致系统成本居高不下和性能衰退加速。随着温度降低,氧离子导电能力急剧下降,因此,如何有效降低氧离子导体工作温度,始终是近三十年来该领域面临的关键科学难题。以往的研究基于掺杂萤石结构、掺杂钙钛矿结构等材料体系,已将操作温度降至500~700 ℃的中温区间,为拓宽互连材料选择、采用非玻璃/陶瓷压封、降低系统配套(BOP)成本等创造了条件。若能进一步将工作温度降至400 ℃以下,不仅可以大幅提升燃料电池从室温到操作温度的工作效率与寿命,更有望实现廉价的不锈钢互连、弹性体/聚合物密封以及标准化的BOP部件应用,从而显著降低制备成本。因此,探索和设计在相对低温环境(400 ℃以下)仍保持高电导率(≥0.01 S cm-1)的新型氧离子导体,对于创新SOFC的技术路线具有重要意义。
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