综述：先进固体氧化物燃料电池与电解池的综述：材料、创新合成、功能机制及系统集成

这篇综述全面探讨了固体氧化物燃料电池(SOFC)和电解池(SOEC)的最新研究进展，重点阐述了其材料设计（包括电解质、电极和连接体）、离子传输机制（O2-/H+传导）和系统集成挑战，为下一代高效能源转换技术提供了从微观机理到工程应用的跨学科视角。

　　

先进固体氧化物电化学器件的材料与机制探索

工作原理与分类

固体氧化物燃料电池(SOFC)和电解池(SOEC)通过可逆的电化学反应实现电能与化学能转换。SOFC直接将燃料（如H₂、CH₄）的化学能转化为电能，效率可达55%以上；而SOEC则利用电能将H₂O或CO₂电解为合成气。根据传导离子类型可分为氧离子传导型(O-SOFC/O-SOEC)和质子传导型(H-SOFC/H-SOEC)，两者的反应界面和产物生成位置截然相反。

关键材料进展

电极材料：阴极/空气电极从传统的镧锶锰氧化物(LSM)发展到混合导电钙钛矿如La_0.8Sr_0.2CoO_3-δ (LSC)，其氧还原活性提升但面临热膨胀系数(TEC)过高（23×10^-6 K^-1）的问题。新型高熵氧化物(HEO)如LaMn_0.2Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2O_3-δ通过多元素协同将极化电阻(R_p)降至0.212 Ω·cm²。

电解质材料：氧离子导体中，钇稳定氧化锆(YSZ)在1000°C电导率达0.1 S/cm，但中低温性能不足；质子导体BaZr_0.5Ce_0.3Y_0.1Yb_0.1O_3-δ (BZCYYb)在600°C实现纯质子传导，但易与CO₂反应生成碳酸盐。

衰减机制与解决策略

界面退化：镍基阳极在还原气氛中TEC失配导致界面分层，通过纳米SrTi_0.5Mo_0.2Ni_0.3O_3-δ涂层可将衰减率降低80%。

毒化效应：硫吸附使Ni-YSZ阳极活性位点减少，Sn掺杂后硫扩散势垒升至1.41 eV；铬挥发形成的SrCrO₄沉积层可通过Mn_1.5Co_1.5O₄尖晶石涂层抑制。

系统集成创新

热管理方面，梯形流道设计使轴向温度梯度从24 K/10mm降至14 K/10mm；流体动力学优化中，三角形流道通过涡流效应将气体停留时间缩短30%。SOEC系统整合蒸汽发生器与热交换器，利用余热将能量效率提升至75%以上。

前沿技术融合

机器学习通过随机森林(RF)算法预测了3,200种钙钛矿氧化物的水合熵，加速材料筛选；原子层沉积(ALD)制备的2 nm钌薄膜使LSCF阴极在700°C电流密度提升至656 mA/cm²。高熵策略将BaZr_0.06Ce_0.7Y_0.06Yb_0.06Hf_0.06Gd_0.06O_3-δ的质子电导率提高至0.012 S/cm（500°C），且湿气下降解率仅5.5%。

这些突破为SOFC/SOEC在分布式能源和绿氢生产等领域的商业化奠定了坚实基础。