质子陶瓷电解堆制造的生命周期环境与成本评估：绿色制氢技术的关键突破

本研究针对质子陶瓷电解电池(PCEC)制造过程中环境足迹与成本不明确的问题，通过生命周期评估(LCA)和制造成本评估(MCA)的整合分析，揭示了阴极作为关键陶瓷组件的环境负担（较阳极高22.6%），金属框架对CO2 排放的显著贡献（占比43.5%），并提出降低阴极厚度可同步减少环境影响与成本的优化策略，为PCEC技术商业化提供系统性指导。

　　

随着全球对绿色氢能需求的激增，高温电解技术成为实现碳中和的关键路径。其中，质子陶瓷电解电池(PCEC)因其独特的质子传导特性，能避免氢气与蒸汽混合，简化后续纯化流程，展现出比固体氧化物电解电池(SOEC)更高效的技术潜力。然而，PCEC技术成熟度(TRL 3-4)远低于SOEC(TRL 6-7)，且其制造过程中的环境与经济影响尚不明确。这一空白严重阻碍了PCEC技术的规模化应用。为此，研究人员开展了一项开创性研究，首次系统评估了PCEC堆栈制造的全生命周期环境成本。

研究团队采用生命周期评估(LCA)与制造成本评估(MCA)相结合的方法，构建了涵盖材料合成、组件加工到堆组装的完整分析框架。通过量化不同生产规模下的资源消耗、能源流动及经济投入，揭示了PCEC制造的核心瓶颈。关键技术包括：基于ISO标准的LCA模型构建、材料流分析(MFA)、多尺度成本核算（含材料、能源、人力及土地成本），以及敏感性分析以验证关键参数（如阴极厚度）的影响。

结果与讨论

1. 环境热点识别：阴极被确定为环境负担最高的陶瓷组件，其影响较阳极高22.6%；金属框架贡献了PCEC堆43.5%的CO₂
   排放，且占材料成本超80%。
2. 成本驱动因素：金属材料使用是制造成本的核心，通过优化阴极支撑结构（如减薄厚度）可同步降低环境负荷与成本。
3. 规模效应：生产规模扩大显著降低单位制造成本，但环境效益存在阈值，提示需平衡规模化与资源效率。

结论与意义
该研究首次量化了PCEC堆制造的环境经济双维度表现，提出三大策略：优先减少金属用量、优化阴极几何设计、分阶段扩大生产规模。与SOEC的对比显示，PCEC在简化系统设计方面具有先天优势，但需突破材料成本瓶颈。这些发现为政策制定者提供了推动PCEC产业化的科学依据，也为企业优化制造工艺指明了方向。论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，标志着PCEC技术从实验室走向商业化的重要里程碑。