花椒直播

供稿、供图：花椒直播     编辑：田柳

面向绿色制氢技术发展需求，构建兼具高电导率、高稳定性与良好可加工性的质子导体电解质，是推动质子陶瓷电解池性能提升与应用拓展的关键。近日，花椒直播 孙克宁教授课题组围绕质子陶瓷电解池关键电解质发表综述文章，相关成果以“Proton-conducting electrolytes for high-performance ceramic electrolysis cells: Materials, mechanisms, modification, and process”为题发表于《Progress in Materials Science》（影响因子40.0）。花椒直播 孙克宁教授、王振华教授和任戎征预聘副教授为论文通讯作者，2024级博士生谢枫苡为第一作者。该工作系统梳理了高性能质子导体电解质在材料体系、基础机制、组成调控与工艺优化等方面的研究进展，为质子陶瓷电解池关键材料设计与应用提供了重要参考。

图1 固体氧化物电解池与质子陶瓷电解池工作原理示意图。

在全球能源转型与低碳发展背景下，高效、清洁、可持续的制氢技术受到广泛关注。质子陶瓷电解池由于具有独特的质子传输机制，并可在400–700 ℃中温区间运行，已成为新型电解制氢体系中的重要研究方向。与传统氧离子传导固体氧化物电解池相比，质子陶瓷电解池在电解电压、能量转换效率及系统集成等方面具有明显优势。然而，质子导体电解质作为器件中的核心功能材料，仍面临质子电导率有限、化学稳定性不足、晶界阻抗较高以及致密化困难等关键问题，制约了其进一步发展与实际应用。

图2 质子陶瓷电解池电解质研究策略示意图。

该综述梳理了质子导体电解质材料体系的发展脉络，涵盖经典钙钛矿体系及多种新兴非钙钛矿氧化物；围绕质子获得与迁移机制、表面质子传导行为及其影响因素进行了分析，并归纳了电解质在实际服役条件下面临的化学退化、电化学不稳定、机械失效和界面劣化等关键问题。在此基础上，论文进一步阐明了高性能质子导体电解质设计中电导率、稳定性与可加工性之间的内在制约关系。

在设计策略方面，论文重点总结了元素掺杂、非化学计量调控和机器学习辅助设计等典型组成调控方法，并对薄膜制备、低温致密化及创新烧结工艺等方面的研究进展进行了评述。不同于既有综述多聚焦于材料组成或单一性能提升，该研究进一步将质子传导、失效机制、组成调控与工艺制备纳入统一分析框架，从而形成了兼顾材料性能与实际应用需求的综述视角。

面向质子陶瓷电解池的进一步发展，综述提出质子导体电解质研究仍需围绕标准化数据库与可解释模型构建、预测与实验闭环整合、薄膜制备与烧结工艺优化，以及新型应用场景拓展和统一评价体系建立等方向持续推进，为质子陶瓷电解池性能提升、长期稳定运行与规模化应用提供支撑。

（审核：王振华、张秀辉）