2023年12月2日，中国科学院上海应用物理研究所在质子陶瓷燃料电池方向的突破性研究进展以“Sintering-induced cation displacement in protonic ceramics and way for its suppression"为题在国际权威期刊《自然-通讯》Nature Communications在线发表。上海应物所张林娟研究员、王建强研究员与科廷大学邵宗平教授为共同通讯作者，上海应物所刘泽助研为第一作者。

质子陶瓷固体氧化物材料作为第三代高温燃料电池与电解池材料，因具有高的氢-电转化效率、零排放等优势而受到了广泛关注，它可以很好地与可再生能源特别是核能进行耦合，实现低成本的能量存储和转换。然而，由于质子陶瓷电解质膜烧结不良，导致其质子电导率不足，成为研究的一个难点。项目团队报道了电池高温烧结过程中金属阳离子Y³⁺的动态位移会对质子电解质BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3- 的高温膜烧结产生不利影响，降低其电导率和稳定性。通过引入熔盐方法，在低合成温度下实现了Y³⁺预掺杂到钙钛矿A位，从而抑制了其在高温烧结过程中的进一步动态位移，从而增强膜的致密性，提高电导率和稳定性。阳极支撑的单电池在600 C对应的功率密度达到663 mWcm^-2，长期稳定性超过2000小时。

该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的支持。（核能综合利用中心-能源材料与化学研究部 供稿）

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43725-x

结构演变示意图