本文807字，阅读约需2分钟

摘要：以往研究已证明，安装于燃料电池中的质子传导电解质膜的阻力值往往大于材料预测值，但其原因不明，该问题阻碍了燃料电池性能的进一步提升。本研究在国际上内首次成功构建了关联材料的界面应变和质子传导率的定量模型，有望加速质子传导陶瓷燃料电池的性能提升。

关键字：质子传导陶瓷燃料电池、定量模型、晶格应变、质子传导率、燃料电池性能

研究小组在国际上首次成功构建模型，量化质子传导电解质/电极界面的应变和质子传导率之间的关系。通过该模型，能够预测高性能质子传导燃料电池单电池（cell）中的电解质的质子传导率。以该模型为指导减少界面应变，有望优化中温下工作的燃料电池单电池的性能，以及进一步提升其性能。

为降低家用燃料电池的成本，促进其普及，研发人员积极开发在300-600℃的中温区域工作，采用质子（H⁺）传导电解质的固体氧化物燃料电池（SOFC）。在燃料电池器件中，为降低器件内部阻力，一般会采用15μｍ左右的薄膜电解质。世界各地的研究报告显示，安装于燃料电池中的质子传导电解质膜的阻力的实测值，往往大于基于其构成材料质子传导率的预测值，但原因不明。

本研究小组以钇掺杂锆酸钡（BaZr0.8Y0.2O3-δ）为对象，重点研究了燃料电池电解质和电极接合界面处产生的晶格应变，定量研究了质子传导氧化物中的压缩应变和质子扩散系数。结果显示，将本材料向薄膜面内方向压缩2%时，其质子传导率下降至十万分之一。

基于此结果，研究小组在国际上首次成功构建模型，定量展示了晶格应变和质子传导率的关系。同时，研究小组基于此模型成功预测了高性能燃料电池的实际质子传导率，结果与报告数值相一致（图1）。这表明质子传导陶瓷燃料电池中的电解质/电极界面应变是造成以往报告中电解质内发生高阻力的原因；通过制作界面应变较小的燃料电池单电池，可以最大限度地提升燃料电池性能。

由于面内压缩应变导致质子扩散壁垒增大（左）；

模拟真实燃料电池中的应变，并预测质子传导率的减少量，结果显示，实验报告数值与预测值相一致，表明应变会抑制质子扩散（右）。

征稿启事

应部分读者建议，本公众号现开放投稿，面向企业及科研机构人员征集稿件，可以分享技术信息、学术类论文、科研成果以及研究见解等。

投稿请发送至邮箱：support@aipatent.com（请注明“AIpatent公众号”来稿）

全球首创！成功构建关联材料界面应变和质子传导率的定量模型