在全球能源低碳轉型背景下，氫能被公認為最具潛力的清潔能源，高效低成本制氫成為各國競爭核心。其中，固體氧化物電解水制氫技術（SOEC）作為綠氫經濟的關鍵，卻因氧電極在高溫高濕下易性能衰減、結構開裂等制約產業(yè)化。近日，南京工業(yè)大學科研團隊聯(lián)合蘇州國家實驗室在固體氧化物電解水制氫關鍵材料領域取得突破性進展，首次從調控氧離子傳輸通道“分布質量”的全新角度出發(fā)，成功研發(fā)出兼具高效能與長壽命的新型氧電極材料。相關研究成果日前在線發(fā)表于國際頂級期刊《自然·通訊》。
“傳統(tǒng)提升電極性能的思路，主要集中于增加氧離子傳輸通道的‘數量’或拓寬其‘寬度’，我們在多年研究積累上，首次將視角聚焦于通道的‘分布質量’上�！眻F隊成員、南京工業(yè)大學教授周嵬打了個比方，“可以把氧離子在材料里移動，想象成人在大樓里走路。以前的做法，就是多造房間、把門開大，讓人好走。但如果房間分布亂七八糟，有的地方擠一堆，有的地方全是墻，人照樣走不通、繞遠路，整體速度反而上不去�！�
為此，團隊創(chuàng)新采用“局部高熵化”策略，在鋇鈷基鈣鈦礦材料中，同時摻入鋯、鈦、鋅等六種微量金屬元素，形成了一種復雜的“復合氧化物配方”�！斑@不僅增加了可供氧離子傳輸的活性位點數量，更使得這些位點在材料內部實現了高度均勻、彌散的分布，從而構建起一個暢通高效的離子傳輸網絡�！闭撐牡谝蛔髡咄鯙t宇解釋道。
均勻分布的傳輸網絡，帶來了性能的飛躍。實驗證明，這種新型氧電極材料，不僅顯著降低了氧離子擴散的阻力，還極大地增強了材料的熱機械穩(wěn)定性和對質子的吸收能力�；诖瞬牧辖M裝的電解池，在相對較低的600℃工作溫度下，實現了優(yōu)異的性能：電解電流密度高達2.0Acm^-2，遠超傳統(tǒng)材料。在近800小時的長期穩(wěn)定性測試和40次嚴酷的“冷熱沖擊”循環(huán)測試中，性能衰減率極低，展現了卓越的耐用性。
目前，該技術的工程化放大已在蘇州國家實驗室加快推進，團隊成功搭建了國內首條兆瓦級中試產線，開發(fā)的百千瓦制氫系統(tǒng)在能效等關鍵指標上達到國際先進水平，有望為化工、鋼鐵等高耗能行業(yè)的綠色轉型提供關鍵技術支撐。
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