在過去的幾十年里，燃料電池技術得到了快速發展，目前已經應用于許多領域，如汽車、熱電站、移動設備等。燃料電池可以不通過燃燒將儲存在燃料中的化學能直接轉化為電能，具有更高的發電效率，其中固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）的發電效率更是可達50-60%，對發電過程中產生的高品質余熱進行回收利用，可將熱-電聯供的能量轉換效率提升至80-90%，同時具有反應溫度高、催化劑不含貴金屬、燃料來源廣、能夠熱電聯供等優點，是近年來發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（陽極）、夾在兩者之間的致密離子導體（固體電解質）及連接陽極和陰極以收集電能的外部電路組成。工作過程中，SOFC的電極并不直接參與反應，而是為電化學反應提供反應場所，并傳導電化學反應產生的(或需要的)電子，如在陰極是利用電子將來自于空氣中的氧氣還原成氧離子，在陽極則是將生成的氧離子與氫氣反應形成水分子，并生成電子。而電解質作為SOFC電池的核心材料，其主要作用就是將陰極生成的O^2-輸送到陽極參與反應，同時還起到阻隔燃料氣與氧氣，防止兩者直接接觸而導致電池失效的作用。因此，氧化物電解質性能的提升是優化SOFC性能的關鍵。

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，并防止電子通過電解質直接從陽極流向陰極而發生短路現象，要求電解質材料具有高的離子電導率(在1000℃時≥0.1S/cm)和低的電子電導率(在1000℃時小于10^-3S/cm)；使電解質與電極接觸良好，以免發生開裂和脫落等現象；同時要在氧和燃氣環境下保持化學穩定，在較寬的溫度和氧分壓范圍內保持熱力學穩定，與其它電池組件在熱膨脹系數上匹配，具有良好的氣密性以及適宜的力學性能等。面對這樣的嚴苛條件，SOFC電解質材料的研究目前都是氧化物陶瓷材料。

在CAC廣州國際先進陶瓷產業鏈展覽會、CAPE廣州國際先進粉體裝備展覽會雙展同期舉辦的“2024全國先進陶瓷與新能源產業創新發展論壇”上，粉體圈特別邀請來自西北工業大學的李致朋教授，現場分享報告《納米陶瓷材料在新能源領域的應用及發展》，內容包括：

1、多元素高熵摻雜的質子傳導電解質材料研究。通過微觀結構的深入研究，同時配合理論計算的手段，深入分析多元素高熵摻雜對于鈣鈦礦結構晶體結構、晶粒尺寸、過渡相、成分比例、元素析出、晶格間距等因素的影響；探究隨著材料構型熵逐步增加導致的體系吉布斯自由能降低程度和材料體系穩定性的提升效果，更加深入的介紹固體氧化物材料的質子傳導及其制約機制。

2、通過從材料微觀結構的深入理解，傳質機制的剖析，探索新型SOFC電解質材料的研發，并拓展SOFC材料制備技術在SOFC產業領域的應用，為SOFC產業化提供核心材料的技術支持。

報告人介紹

李致朋，西北工業大學教授，博士生導師，國家級領軍人才，雙碳科學與新能源技術中心主任。本科畢業于北京師范大學物理系，博士畢業于新加坡國立大學材料科學與工程學院；曾在新加坡國立材料研究與工程院、日本國立物質材料研究院、美國國家標準局擔任研究員，期間曾對澳大利亞昆士蘭大學進行多次訪學研究；隨后在美國硅谷的一線工業界從事產業化的高端制造，擔任美國硅谷世界500強企業的首席工程師及項目負責人。出國學習和工作近20年，擁有從學術到產業化的全鏈條實踐經驗，掌握了新材料、新能源燃料電池的前沿核心技術，尤其是產業化的一線技術。回國后擔任西北工業大學教授。

CAC2024廣州先進陶瓷展