碳基纳米材料最新研究进展（用于质子陶瓷燃料电池的钙钛矿材料）

碳基纳米材料最新研究进展（用于质子陶瓷燃料电池的钙钛矿材料）近日，来自南京工业大学的邵宗平教授与安徽工业大学的曹加锋副教授，在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Perovskites for protonic ceramic fuel cells: a review”文章。该工作深入分析了PCFCs的运行模式；阐述了钙钛矿结构材料作为PCFCs电解质和电极的工作机制；回顾了钙钛矿材料的关键调控手段；系统总结了PCFCs电解质、阴极、阳极的最新研究进展。【文章简介】单位：安徽工业大学，南京工业大学，Curtin大学【研究背景】质子陶瓷燃料电池（PCFCs）是一种基于质子传导的新型能源转化技术。其实际应用很大程度上取决于其关键材料（电解质和电极材料）的性能表现，如：电导率、稳定性、催化活性、成本等。纵观PCFCs的研究历史，钙钛矿（ABO3）及其衍生材料在PCFCs电解质和电极研究中被广泛应用。基于此，

【文章信息】

用于质子陶瓷燃料电池的钙钛矿材料综述

第一作者：曹加锋

通讯作者：曹加锋*，邵宗平*

单位：安徽工业大学，南京工业大学，Curtin大学

【研究背景】

质子陶瓷燃料电池（PCFCs）是一种基于质子传导的新型能源转化技术。其实际应用很大程度上取决于其关键材料（电解质和电极材料）的性能表现，如：电导率、稳定性、催化活性、成本等。纵观PCFCs的研究历史，钙钛矿（ABO3）及其衍生材料在PCFCs电解质和电极研究中被广泛应用。基于此，如何进行此类材料的合理设计、提高此类材料的性能已成为PCFCs研究的关键点。进一步加深对钙钛矿材料的认识，有助于推动本领域持续向前发展。

【文章简介】

近日，来自南京工业大学的邵宗平教授与安徽工业大学的曹加锋副教授，在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Perovskites for protonic ceramic fuel cells: a review”文章。该工作深入分析了PCFCs的运行模式；阐述了钙钛矿结构材料作为PCFCs电解质和电极的工作机制；回顾了钙钛矿材料的关键调控手段；系统总结了PCFCs电解质、阴极、阳极的最新研究进展。

图1. 用于PCFCs的钙钛矿材料概述。

【本文要点】

要点一：PCFCs工作机制

有别于氧离子传导型固体氧化物燃料电池（SOFCs），PCFCs的运行是建立在质子的传导基础上。这种特殊的工作机制，对电解质和电极材料提出了特别的要求。基于此，本文首先探讨了PCFCs电解质、阳极、阴极的不同功能和对相关材料的要求，包括：电导率、致密度/孔隙率、稳定性等等。

要点二：钙钛矿结构离子、电子传输特点

PCFCs内部物质输运、能量传递主要涉及质子、氧离子、电子的传输行为。本文阐述了可用于PCFCs的钙钛矿的质子和氧离子传导模式，以及电子传输机理。并结合钙钛矿结构的典型特点，分析了其作为PCFCs在物质输运和能量传递方面的优势。

要点三：钙钛矿结构调控策略

钙钛矿结构有其特殊结构特点，本文分析了可用于PCFCs的钙钛矿的典型结构特点，回顾了在PCFCs领域对钙钛矿结构材料进行性能优化的关键策略，包括：离子取代、材料复合、自组装等常见的钙钛矿材料改性方法。其中，离子取代仍是目前最常用的策略。

要点四：PCFCs电解质、电极研究进展

在上述分析基础上，本文分别就PCFCs的电解质材料、阴极材料、阳极材料的最新研究动态展开论述。在电解质方面，围绕电解质致密化（烧结活性）、新型电解质材料研究等方面阐述目前研究进展；在阴极材料研究方面，分别就其表面吸附性能、钙钛矿结构的氧化还原能力、钙钛矿的物质输运特性、钙钛矿材料的组分结构优化、阴极优化新策略等方面展开讨论；在阳极材料方面，围绕抗积碳阳极、阳极组分结构优化等角度总结最新研究动态。

要点五：前瞻

相较于氧离子传导型SOFCs，PCFCs有其独特优势，这将在未来能源转化领域扮演重要角色。同时，PCFCs也有其典型特点，在今后研究中需要特别重视。钙钛矿材料在PCFCs研究领域占据重要位置，目前这一领域研究仍存在不少挑战。在电解质研究方面，可供选择的电解质材料种类和数目较为缺乏，不利于PCFCs的广泛推广；在电极研究方面，如何合理、准确地优化质子、氧离子、电子的传输行为是目前的难点，也是未来研究的重要方向。此外，本文指出，PCFCs的稳定性是目前研究容易忽视的问题。更多有关此类电池的长期测试结果可以给解决PCFCs的稳定性问题提供更多可靠的参考，也有利于PCFCs的广泛应用。

【文章链接】

Perovskites for protonic ceramic fuel cells: a review

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/EE/D2EE00132B

【通讯作者简介】

邵宗平教授：南京工业大学化工学院教授，材料化学工程国家重点实验室教授，博士生导师，“国家百千万人才工程”有突出贡献的青年专家、长江学者、国家杰青。主要研究领域：固体氧化物燃料电池、锂离子电池、低温催化、水处理、太阳能电池，混合导体透氧膜。目前在Nature、Nature Energy、Nature Communications.、Science Advances等国际主流期刊发表研究论文700余篇，总引用47000余次，H-index为103，获授权专利34项，美国专利2项，出版专著1本。2014、2017-2021年入选汤森路透工程领域全球高被引科学家，2015-2021年连续入选爱思唯尔中国高被引学者。担任国际期刊Energy & Fuels、Materials Reports: Energy副主编，《南京工业大学学报（自然科学版）》、Scientific Report、Energy Science & Engineering及材料导报、热科学与技术等学术期刊编委，是Journal of Materials Chemistry A、Energy Materials、Exploration、Nanomaterials等期刊的顾问编委。

【第一作者简介】

曹加锋副教授：2017年毕业于中国科学技术大学化学与材料科学学院，随后赴澳大利亚curtin大学从事访问研究。现为安徽工业大学材料科学与工程研究院/数理科学与工程学院副教授，光电新能源研究团队负责人。长期从事能源转化与存储领域的研究工作，包括：固体氧化物燃料电池、电解池等。至今在Energy & Environmental Science、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Energy Chemistry等国际学术期刊发表30余篇学术论文。