文章导读
固体氧化物电池被誉为清洁能源的终极方案，但你是否知道，一旦使用真实的烃类燃料，它就会因积碳和硫中毒迅速“瘫痪”？这不仅是实验室数据与工程应用的巨大鸿沟，更是制约该技术落地的致命死穴。西安交大高展团队却另辟蹊径，没有死磕传统材料改性，而是利用一种罕见的“界面偶极”重构了电极内部网络。这种设计让电池在丙烷、石脑油甚至含硫环境下都能稳定运行数百小时，性能数据直接刷新纪录。但这套策略究竟是如何通过微观电荷重排来彻底逆转反应逻辑的？背后的科学机制是否意味着我们离廉价氢能时代只差最后一步？
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固体氧化物电池（Solid Oxide Cells, SOCs）兼具高效发电与电解储能双重功能，在清洁能源转化与碳资源高值利用领域具有重要应用前景。然而，在实际烃类燃料工况下，燃料电极普遍面临积碳、硫中毒以及表面氧交换动力学缓慢等关键瓶颈，严重制约了器件的稳定运行与工程应用。近期，西安交通大学化工学院高展团队围绕上述难题，提出了一种界面偶极驱动的三维氧交换网络构筑策略，在抗积碳、抗硫中毒固体氧化物电池燃料电极研究方面取得重要进展。
该研究通过浸渍-脱溶协同策略，在 Sr1.9Fe1.5Mo0.43Ru0.07O6-δ（SFMR）骨架表面构筑了由连续 CeO2 包覆层、原位脱溶 FeRu 纳米合金及钙钛矿主体共同组成的三维氧交换网络。研究发现，在富氧空位的氧化铈/钙钛矿界面可形成 FeRu←δ– | CeO2→δ+ 的界面偶极结构，该结构能够有效耦合 FeRu 合金与 Ce4+/Ce3+ 氧化还原对，促进界面电荷重新分布，提升 FeRu 在费米能级附近的 d 电子态密度，并增强 O 2p–d 杂化作用，从而实现电子传输、氧交换与键活化过程的协同强化，为复杂燃料条件下燃料电极的高活性与高稳定性提供了新的设计思路。
基于这一设计，CeO2/SFMR 燃料电极展现出优异的综合电化学性能：在 850℃ 下，电池在 H2 气氛中的峰值功率密度达到 1.89 W cm-2，在丙烷气氛中达到 1.63 W cm-2；在石脑油条件下可稳定运行 250 h 且未观察到明显积碳；在 50 ppm H2S-H2 条件下可稳定运行 50 h，表现出良好的抗硫中毒能力；在 CO2 电解模式下，电流密度在 1.6 V、850℃ 时达到 3.95 A cm-2。该工作表明，通过构筑兼具氧存储/输运能力与界面电荷调控功能的三维氧交换网络，可有效协调烃类活化、氧输运和界面反应过程，为面向真实复杂燃料工况的高性能可逆固体氧化物电池燃料电极开发提供了新路径。
研究成果以《界面偶极驱动的三维氧交换网络助力抗积碳、抗硫固体氧化物电池》（Interfacial Dipole Enabled Three-Dimensional Oxygen-Exchange Network for Coking and Sulfur Tolerant Solid Oxide Cells）为题发表于材料科学领域著名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。论文共同第一作者为西安交通大学化工学院硕士生罗嘉、宋雪和北京理工大学于晓丹博士，高展教授为通讯作者，西安交通大学化工学院为该论文的第一完成单位和唯一通讯单位。该研究工作得到国家自然科学基金、工信部高技术船舶专项课题及陕西省重点研发计划等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.74972
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之前搞过燃料电池项目，积碳问题确实头疼，这个思路有点东西。
这材料听着就硬核，但真能用上吗？🤔