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为解决 PCFCs 因 ORR 动力学不足制约工业应用的问题，研究人员开发 Cl 掺杂 K?NiF?型氧化物 PLNCGCl?.?作阴极。发现其显著提升 ORR 动力学，700℃时 PCFC 峰值功率密度达 1.162 W cm?2，极化电阻 0.069 Ω cm2，为高性能阴极开发提供新路径。
在能源领域，高效清洁的发电技术一直是科研人员不懈追求的目标。质子陶瓷燃料电池（PCFCs）凭借能量转换效率高、密封容易、材料老化减缓且燃料无衰减等优势，在中温条件下运行的特性吸引了大量研究关注。然而，其工业应用却被高性能阴极的开发严重束缚 —— 氧还原反应（ORR）动力学不足成为关键瓶颈。当 PCFCs 运行温度降至 800℃以下时，ORR 反应活性急剧下降，开发适用于中温区间的高性能阴极材料迫在眉睫。
为突破这一困境，国内研究人员针对 PCFCs 的阴极材料展开攻关。他们基于 BaZr?.?Ce?.?Y?.?Yb?.?O??δ（BZCYYb）电解质，开发了一种氯掺杂的 K?NiF?型氧化物 Pr?.?La?.?Ni?.??Cu?.??Ga?.??O?+δCl?.?（PLNCGCl?.?）作为阴极材料。这项研究成果发表在《Fuel》上，为 PCFCs 阴极材料的发展提供了重要思路。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过溶胶 - 凝胶法制备 PLNCG、PLNCGCl?.?和 BZCYYb 粉末，以 LaCl?作为氯源，按化学计量混合硝酸镨、硝酸镧等试剂，溶于去离子水后加入 EDTA 和柠檬酸，经一系列处理得到所需粉末；利用多种结构分析和电化学表征手段，如对材料的相结构、微观结构、表面化学状态及电化学性能等进行系统研究；还借助理论模拟分析氯掺杂对材料性能的影响机制。
材料特性与工作原理
研究表明，PLNCGCl?.?具有 K?NiF?型结构，其化学式为 A?BO?，由两层 AO 岩盐层夹着一层钙钛矿 ABO?层构成，氯阴离子掺杂到氧位点。在阳极支撑的 PCFC 中，阳极的 H?首先被催化氧化失去电子产生质子，质子通过电解质传导至阴极，与氧气发生反应。
电化学性能提升
在基于 BZCYYb 的对称电池中，PLNCGCl?.?的极化电阻（Rp）显著低于未掺杂的 PLNCG，表明氯掺杂有效增强了阴极 ORR 的动力学。理论计算显示，Cl 掺杂不仅在热力学上有利于间隙氧的形成，还降低了 ORR 关键决速步骤的动能势垒。
电池性能表现
以 PLNCGCl?.?为阴极的阳极支撑 PCFC，在 700℃时输出峰值功率密度（PPD）为 1.162 W cm?2，极化电阻为 0.069 Ω cm2，展现出优异的电池性能。
这项研究成功开发了 Cl 掺杂 K?NiF?型氧化物 PLNCGCl?.?作为 PCFCs 的优秀阴极 ORR 催化剂。研究结果表明，氯掺杂能够有效提升阴极的 ORR 动力学，为 K?NiF?型阴极材料的开发提供了一种高效途径。该研究不仅在理论上揭示了氯掺杂对 ORR 性能的作用机制，还为 PCFCs 的实际应用提供了性能优良的阴极材料选择，有望推动 PCFCs 在工业领域的广泛应用，对提升能源转换效率和促进清洁能源技术发展具有重要意义。
