在過(guò)去的幾十年里，燃料電池技術(shù)得到了快速發(fā)展，目前已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如汽車、熱電站、移動(dòng)設(shè)備等。燃料電池可以不通過(guò)燃燒將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有更高的發(fā)電效率，其中固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）的發(fā)電效率更是可達(dá)50-60%，對(duì)發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的高品質(zhì)余熱進(jìn)行回收利用，可將熱-電聯(lián)供的能量轉(zhuǎn)換效率提升至80-90%，同時(shí)具有反應(yīng)溫度高、催化劑不含貴金屬、燃料來(lái)源廣、能夠熱電聯(lián)供等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展速度最快的燃料電池。

SOFC燃料電池是由氧電極（陰極） 、燃料電極（陽(yáng)極）、夾在兩者之間的致密離子導(dǎo)體（固體電解質(zhì)）及連接陽(yáng)極和陰極以收集電能的外部電路組成。工作過(guò)程中，SOFC的電極并不直接參與反應(yīng)，而是為電化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)場(chǎng)所，并傳導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的(或需要的)電子，如在陰極是利用電子將來(lái)自于空氣中的氧氣還原成氧離子，在陽(yáng)極則是將生成的氧離子與氫氣反應(yīng)形成水分子，并生成電子。而電解質(zhì)作為SOFC電池的核心材料，其主要作用就是將陰極生成的O^2-輸送到陽(yáng)極參與反應(yīng)，同時(shí)還起到阻隔燃料氣與氧氣，防止兩者直接接觸而導(dǎo)致電池失效的作用。因此，氧化物電解質(zhì)性能的提升是優(yōu)化SOFC性能的關(guān)鍵。

SOFC的工作原理

通常為保證SOFC燃料電池更有效地傳輸氧離子，提高整體效率，并防止電子通過(guò)電解質(zhì)直接從陽(yáng)極流向陰極而發(fā)生短路現(xiàn)象，要求電解質(zhì)材料具有高的離子電導(dǎo)率(在1000℃時(shí)≥0.1S/cm)和低的電子電導(dǎo)率(在1000℃時(shí)小于10^-3S/cm)；使電解質(zhì)與電極接觸良好，以免發(fā)生開裂和脫落等現(xiàn)象；同時(shí)要在氧和燃?xì)猸h(huán)境下保持化學(xué)穩(wěn)定，在較寬的溫度和氧分壓范圍內(nèi)保持熱力學(xué)穩(wěn)定，與其它電池組件在熱膨脹系數(shù)上匹配，具有良好的氣密性以及適宜的力學(xué)性能等。面對(duì)這樣的嚴(yán)苛條件，SOFC電解質(zhì)材料的研究目前都是氧化物陶瓷材料。

在CAC廣州國(guó)際先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈展覽會(huì)、CAPE廣州國(guó)際先進(jìn)粉體裝備展覽會(huì)雙展同期舉辦的“2024全國(guó)先進(jìn)陶瓷與新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇”上，粉體圈特別邀請(qǐng)來(lái)自西北工業(yè)大學(xué)的李致朋教授，現(xiàn)場(chǎng)分享報(bào)告《納米陶瓷材料在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展》，內(nèi)容包括：

1、多元素高熵?fù)诫s的質(zhì)子傳導(dǎo)電解質(zhì)材料研究。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)的深入研究，同時(shí)配合理論計(jì)算的手段，深入分析多元素高熵?fù)诫s對(duì)于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、過(guò)渡相、成分比例、元素析出、晶格間距等因素的影響；探究隨著材料構(gòu)型熵逐步增加導(dǎo)致的體系吉布斯自由能降低程度和材料體系穩(wěn)定性的提升效果，更加深入的介紹固體氧化物材料的質(zhì)子傳導(dǎo)及其制約機(jī)制。

2、通過(guò)從材料微觀結(jié)構(gòu)的深入理解，傳質(zhì)機(jī)制的剖析，探索新型SOFC電解質(zhì)材料的研發(fā)，并拓展SOFC材料制備技術(shù)在SOFC產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，為SOFC產(chǎn)業(yè)化提供核心材料的技術(shù)支持。

報(bào)告人介紹

李致朋，西北工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家級(jí)領(lǐng)軍人才，雙碳科學(xué)與新能源技術(shù)中心主任。本科畢業(yè)于北京師范大學(xué)物理系，博士畢業(yè)于新加坡國(guó)立大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院；曾在新加坡國(guó)立材料研究與工程院、日本國(guó)立物質(zhì)材料研究院、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局擔(dān)任研究員，期間曾對(duì)澳大利亞昆士蘭大學(xué)進(jìn)行多次訪學(xué)研究；隨后在美國(guó)硅谷的一線工業(yè)界從事產(chǎn)業(yè)化的高端制造，擔(dān)任美國(guó)硅谷世界500強(qiáng)企業(yè)的首席工程師及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。出國(guó)學(xué)習(xí)和工作近20年，擁有從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)化的全鏈條實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握了新材料、新能源燃料電池的前沿核心技術(shù)，尤其是產(chǎn)業(yè)化的一線技術(shù)。回國(guó)后擔(dān)任西北工業(yè)大學(xué)教授。

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