创新的对称电解质结构实现了超薄且具备良好热稳定性的质子陶瓷电化学电池

《Advanced Functional Materials》：Innovative Symmetrical Electrolyte Architecture Enables Ultra-Flat and Thermal Resilient Protonic Ceramic Electrochemical Cells

质子陶瓷电化学电池（PCECs）因电解质与支撑层不对称收缩导致结构变形。本研究提出对称双面电解质设计，平衡收缩动力学，实现5×5cm2超薄均质电池（厚度偏差<100μm），并通过数值模拟验证其优势。该设计在80次热循环后保持低开路电压衰减（9.5mV/100h），为规模化提供新路径。

　　

摘要

质子陶瓷电化学电池（PCECs）是一类具有广阔前景的固态能量转换器件，能够实现高效氢气生产和电力生成。然而，平面型PCECs的实际应用受到制造过程中严重结构变形和机械失效的制约，这主要是由于薄电解质与厚NiO基支撑层之间的不对称收缩造成的。在这项研究中，研究人员提出了一种功能集成、对称性优化的双面电解质（DE）设计，该设计不仅能够抑制热诱导的曲率变化，还能显著提升电化学性能和稳定性。这种结构设计能够使电池两侧的收缩动态达到平衡，从而实现制造出厚度变化小于100微米的超平坦5 × 5平方厘米电池。通过数值固体力学模拟对这一成果进行了分析和解释。除了结构优势外，DE配置还提高了电池的运行稳定性，在80次热循环后开路电压仅下降了9.5毫伏。这项研究证明，结构对称性可以直接转化为机械可靠性和功能提升，为PCECs的规模化应用开辟了一条有前景的途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。